解锁胚胎发育的黑箱

解锁胚胎发育的黑箱

国际合作改进了培养灵长类动物胚胎的方法，以更多地了解人类发育。

拉霍亚—关于灵长类动物早期胚胎发育过程中发生的分子和细胞事件，目前知之甚少。现在，一个由中美两国科学家组成的国际知名团队创造了一种方法，能够比以往任何时候都让灵长类动物胚胎在实验室中发育更长时间，从而使研究人员能够首次获得关键发育过程的分子细节。这项研究虽然是在非人类灵长类细胞中进行的，但对人类早期发育具有直接意义。.

研究发现，发表于 科学 2019年10月31日，为早期胚胎发育提供有价值的见解，并有可能帮助指导促进人类再生医学的方法。.

“我们的研究首次揭示了早期发展的这个黑匣子，”说 胡安·卡洛斯·伊兹皮苏亚·贝尔蒙特, ，共同通讯作者，也是Salk基因表达实验室的教授。“我们现在可以观察细胞在胚胎发育的每个阶段的进展情况，以及它们发展所需的因素，这将有助于为生成各种细胞和组织提供更好的选择。”

“为了理解灵长类动物原肠胚形成背后的细胞和分子机制，三年前我们开始在中国进行猴胚体外培养实验。由于团队在非人灵长类动物系统性研究方面拥有长期积累的专业知识，以及已经建立完善的生殖研究体系，例如体外受精平台，我们成功地实现了目标。这有助于揭示人类着床后发育中先前未知的方面。”昆明理工大学灵长类转化医学研究院的教授、院长、共同通讯作者季维智说。.

科学家们希望研究一个称为原肠胚形成的早期发育里程碑，这是胚胎发育过程中转变为多层结构（称为原肠胚）的阶段，而所有未来的组织和器官都将由此分化而来。其中一层将发育成肺、胃肠道和肝脏；另一层将发育成心脏、肌肉和生殖器官；而第三层将发育成皮肤和神经系统。然而，由于对早期胚胎的获取途径有限，科学家们并不了解原肠胚形成在灵长类动物中的分子和细胞驱动因素。.

“我们的目标是在早期时间点培养灵长类动物胚胎，以研究其发育过程，”该论文的合著者、德克萨斯大学西南医学中心助理教授吴军（Jun Wu）说道。“我们希望每天监测胚胎，观察它们的形状、大小和迁移模式，以及它们在灵长类早期发育过程中如何生成不同类型的细胞。”

为了更好地研究这一关键转化，科学家们修改了先前建立的胚胎培养方案，使早期灵长类胚胎能够在实验室条件下发育长达二十天；此前研究人员只能在妊娠第二周之前维持培养的灵长类胚胎。利用新方案，研究团队发现培养胚胎内的细胞表现出清晰的向原肠胚各层发育的轨迹，结果揭示了一些生长所需的分子细节。这些数据还可以作为一项资源，帮助将培养胚胎的持续时间延长至二十天以上，以便更好地研究干细胞分化（特化）。.

“这些结果阐释了调控灵长类动物发育的某些调控网络和信号通路，” Izpisua Belmonte 说道。“该系统为在实验室中制定更优的策略来研究灵长类早期发育（无论是在健康还是疾病状态下）提供了基础和资源。”

其他作者包括昆明理工大学的牛玉宇、孙念勤、李昌、司辰阳、魏金宽、康瑜、司伟、王宏、张E、赵璐、李子薇和谭涛；以及华大深圳的雷莹、戴溪、刘传宇、黄志浩和刘龙奇。.

本研究得到了国家重点研发计划（2016YFA0101401）、国家自然科学基金（81760271）、云南省重大科技专项（2017ZF028）以及云南省基础研究重点项目（2017FA010）的资助。Juan Carlos Izpisua Belmonte实验室的工作得到了The Moxie Foundation的支持。.

DOI: 10.1126/science.aaw5754