內(nèi)蒙古大學(xué)李喜和教授、包斯琴教授、吳寶江副教授，西北農(nóng)林科技大學(xué)張涌院士，英國劍橋大學(xué)M. Azim Surani院士聯(lián)合在SCIENCE CHINA Life Sciences上發(fā)表題為“Stem cell-based embryo models: a tool to study early human development”的綜述文章。為“基于干細(xì)胞的胚胎模型：研究人類早期發(fā)育的工具”這一研究方向提供了系統(tǒng)性的梳理及前沿進(jìn)展的總結(jié)，并提出干細(xì)胞為基礎(chǔ)的胚胎模型對(duì)早期發(fā)育和臨床應(yīng)用方面的潛在策略。
不同發(fā)育階段胚胎建立的小鼠胚胎多能干細(xì)胞系
哺乳動(dòng)物受精卵如何獲得全能性并發(fā)育成完整的個(gè)體是一個(gè)古老而又復(fù)雜的科學(xué)問題。由于胚胎資源有限、技術(shù)挑戰(zhàn)和倫理等問題，人類早期胚胎發(fā)育研究受到一定的障礙。因此，人類早期胚胎發(fā)育的精確調(diào)控機(jī)制仍未清楚。近年來，基于干細(xì)胞的胚胎模型（SCBEM）的出現(xiàn)為體外重建植入前、后的胚胎發(fā)育的研究提供了實(shí)驗(yàn)材料。這些模型在某種程度上模擬了胚胎早期發(fā)育的形態(tài)和轉(zhuǎn)錄特征，可用于研究哺乳動(dòng)物植入前、后發(fā)育階段胚胎的關(guān)鍵事件。哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)生始于精子卵子結(jié)合受精后的全能性配子，涉及基因組和表觀遺傳組等一系列生物學(xué)過程的調(diào)控。在胚胎發(fā)育早期階段，胚胎細(xì)胞數(shù)量逐漸增加，而胚胎的體積保持不變。當(dāng)胚胎發(fā)育到囊胚階段，卵裂球系譜分化形成滋養(yǎng)外胚層（TE）和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM）。ICM進(jìn)一步分化形成多能外胚層（EPI）和原始內(nèi)胚層（PrE）。盡管發(fā)育時(shí)間和一些分子調(diào)控機(jī)制有所不同，小鼠和人類的胚胎發(fā)育遵循相似的譜系特化過程。然而，由于人類胚胎資源有限、存在的技術(shù)挑戰(zhàn)和倫理等問題的限制，人們對(duì)人類早期胚胎發(fā)育的了解仍存在很多“黑匣子”。
小鼠和人類的早期胚胎發(fā)育和SCBEM模型
在過去幾年，科學(xué)家們重現(xiàn)了多能干細(xì)胞來源的小鼠和人類胚胎模型，以捕捉早期胚胎發(fā)生、譜系特征分化，以及胚胎外組織和胚胎組織之間的相互作用，該模型被稱為基于干細(xì)胞的胚胎模型（Stem cell-based embryo models, SCBEM）。已證明SCBEM在胚胎關(guān)鍵發(fā)育階段（如囊胚形成和早期植入階段）的體外模擬方面的潛力，但由于SCBEM模型中胚胎外組織的形成有限，模擬子宮植入后的發(fā)育仍存在巨大挑戰(zhàn)。而且，人類自然胚胎體外研究需要遵循“14天規(guī)則”。SCBEM包括兩種類型，一種叫“整合性”，它包含胚胎所有類型細(xì)胞，包括胚外組織；另一種叫“非整合性”，它只包含胚胎部分的細(xì)胞，不包含胚外組織細(xì)胞。
類胚胎中原始生殖細(xì)胞的形成
類囊胚（blastoid）是反映植入前胚胎模型，類原腸胚（gastruloid）是反映原腸胚形成過程的體外研究模型。盡管我們還不知道這些模型在多大程度上是否真正適合模擬人類和小鼠的自然胚胎發(fā)育，但是，這些模型挑戰(zhàn)了目前對(duì)胚胎的法律定義，其日益成熟的體外研究體系的建立為其今后使用提出了倫理挑戰(zhàn)。因此，有必要為使用人類胚胎模型的研究制定倫理準(zhǔn)則。然而，“非整合性”SCBEM在一定程度上避免直接使用人類胚胎的倫理限制，為研究小鼠和人類早期胚胎發(fā)育提供強(qiáng)有力的研究工具。
SCBEM提供了一個(gè)易于使用和高通量篩選的平臺(tái)，可用于研究早期胚胎發(fā)育過程，基因編輯模型體外研究和臨床藥物篩選等多個(gè)方面。深入了解和發(fā)展干細(xì)胞來源的胚胎模型，可以更忠實(shí)地模擬自然人類胚胎的發(fā)育，進(jìn)一步為人類早期發(fā)育的理解提供科學(xué)依據(jù)。
該論文為內(nèi)蒙古大學(xué)第一完成單位，內(nèi)蒙古大學(xué)吳寶江副教授、英國劍橋大學(xué)博士后Jitesh Neupane和內(nèi)蒙古大學(xué)博士生周陽為共同第一作者。西北農(nóng)林科技大學(xué)張涌院士、內(nèi)蒙古大學(xué)包斯琴和李喜和教授為共同通訊作者。該論文的設(shè)計(jì)和撰寫獲得了英國劍橋大學(xué)M. Azim Surani院士的大力支持。該論文獲得了國家科技重大專項(xiàng)（2023ZD0405001），國家自然科學(xué)基金（32460837，32060176），內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校“青年科技英才支持項(xiàng)目”（NJYT23091），國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1302202），內(nèi)蒙古“揭榜掛帥”項(xiàng)目（2022JBGS0021）和內(nèi)蒙古大學(xué)高層次人才引進(jìn)項(xiàng)目（10000-21311201/058）的支持。
全文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11427-024-2741-1
（供稿：科學(xué)技術(shù)處 編輯：武濤 審核：劉雪峰 終審：阿茹娜）
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