Cell/CR | 昆明理工大学季维智等团队利用培养的人类胚胎和胚胎样组合体剖析着床期发育情况

对培养胚胎的研究为人类着床期发育提供了见解。然而，植入期谱系发育的详细知识以及潜在的机制仍然不清楚。

2023年7月17日，昆明理工大学李天晴、季维智及艾宗勇 共同通讯在Cell Research 在线发表题为“Dissecting peri-implantation development using cultured human embryos and embryo-like assembloids”的研究论文，该研究使用3D培养的人类胚胎，报告了早期植入后谱系的完整细胞图谱，并破译了外胚层和下胚层衍生物的细胞组成和基因特征。此外，该研究通过组装原始hESCs和胚胎外细胞开发了胚胎样组装体(E-assembloid)。

利用人类胚胎和E-组装体，该研究揭示了WNT、BMP和Nodal信号通路协同作用，但功能不同，协调人类植入周谱系的发育。特别地，该研究剖析了胚胎外中胚层和胚胎外内胚层规格的机制。最后，开发了一个改进的E-组装体，以再现原肠胚形成前人类胚胎的外胚层和下胚层发育和组织结构。总之，该研究结果为人类胚胎植入期发育提供了见解，E-组装体为解开驱动人类胚胎发生的细胞行为和信号相互作用提供了有用的模型。

另外，2023年5月11日，昆明理工大学谭韬，陈永昌，季维智，中国人民解放军总医院刘兵及德克萨斯大学西南医学中心Wu Jun在Cell 在线发表题为“Ex utero monkey embryogenesis from blastocyst to early organogenesis”的研究论文，为了解决这一问题，该研究开发了一种嵌入式3D培养系统，可以在受精后的25天内延长食蟹猴胚胎的体外培养时间。形态学、组织学和单细胞RNA测序分析表明，体外培养的猴子胚胎在很大程度上再现了体内发育的关键事件。通过这个平台，研究人员能够描绘出猴子神经诱导、侧板中胚层分化、卵黄囊造血、原始肠道和原始生殖细胞样细胞发育的谱系轨迹和遗传程序。该研究开发的嵌入式3D培养系统为从囊胚到早期器官发生的猴子胚胎生长和灵长类动物胚胎体外发生的研究提供了一个强大的可复制平台（点击阅读）。

在人类中，囊胚是一个由约200个细胞组成的中空圆形结构，在胚胎第6-7天(E6-7)植入子宫壁，开始着床后发育。在囊胚后期，内细胞团(ICM)分裂为下胚层(HB)，后者产生卵黄囊，外胚层(EPI)分化为三个最终胚层，形成胚胎。尽管它们在人类发育中起着至关重要的作用，但我们对HB和EPI谱系的植入后发育的了解仍然非常有限。最近，开发了体外人类胚胎培养系统，将人类囊胚的生长扩展到前原肠胚期。然而，人类着床期发育过程中精确的细胞图谱、谱系规范和发育信号，特别是与HB和EPI衍生物相关的信号，仍然不清楚。

使用人类胚胎来研究植入期发育充满了伦理问题，并受到技术障碍的阻碍，例如特定谱系的基因操作和可再生胚胎发育基于干细胞的胚胎模型提供了一个更实用的替代人类胚胎来解码早期人类发育。先前的研究使用人多能干细胞(hPSCs)来模拟与着床后EPI发育相关的一些胚胎表型，如胚状体、微模式集落、不对称的人EPI模型(3D EPI模型和附着后胚状体)、胃原体、序列体样结构(轴状或节状)和羊膜囊胚状体。然而，这些胚状体不能概括胚胎外中胚层(ExM)和HB谱系的特征和发育，只能模仿人类胚胎植入后EPI发育的某些方面，如前后对称断裂、前后轴向模式、体细胞发生、背腹模式和羊膜发生。

3D培养人类植入后胚胎的单细胞转录组分析（图源自Cell Research ）

尽管最近的一些报道表明，人类囊胚样结构(囊胚)是由未成熟的人多能干细胞或人扩展多能干细胞(hEPSCs)或通过重编程成纤维细胞产生的，但这些囊胚通过植入显示出较差的发育潜力。一些重要的三维组织结构在人类胚胎植入期，如羊膜腔和卵黄囊，不能很好地再现在延长培养的人类囊胚。

D8 E-组装体的三维形态特征示意图（图源自Cell Research ）

为了填补人类着床期发育的知识空白，该研究在此提供了3D培养的人类囊胚早期着床后胚胎谱系的完整细胞图谱。此外，该研究成功构建了人类胚胎样组装体(E-assembloid)，该组装体概括了人类着床期胚胎的发育标志、三维细胞组织和谱系组成，从而为研究人类着床后早期发育建立了一种新的胚胎模型。利用人类胚胎和E-组装体，该研究揭示了HB和EPI衍生物的转录状态，以及WNT、BMP和Nodal信号通路在介导其谱系规范中的功能作用。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00846-8

转自：“iNature”微信公众号

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