中国科学家领衔最新研究 进一步填补灵长类胚胎发育阶段空白

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中国科学家领衔完成的一项最新研究——成功建立可支持食蟹猴胚胎体外发育至受精后第25天的3D长时程培养体系，揭示灵长类早期神经胚发育特征，在已有研究基础上进一步填补了灵长类胚胎中晚期原肠运动至早期器官发育阶段的领域空白。

这项灵长类胚胎发育领域重要突破进展的论文，由中国科学院动物研究所(中科院动物所)/北京干细胞与再生医学研究院王红梅、郭帆、李伟研究员联合美国宾夕法尼亚大学尼古拉斯·普拉切塔(Nicolas Plachta)教授合作完成。中科院动物所副研究员翟晶磊、助理研究员万海峰和博士生徐艳红、燕蕊、郭敬以及美国宾夕法尼亚大学博士后罗宾·斯科里(Robin Skory)为论文共同第一作者。论文于北京时间5月11日夜间在国际著名学术期刊《细胞》(Cell)以封面形式在线发表。

pIVC胚胎神经外胚层和神经嵴的特化。　中科院动物所 供图

研究团队指出，出生缺陷的发生与早期胚胎发育异常直接相关。因此研究早期胚胎发育过程、探究发育机理，是揭示病理性胚胎发生机制、提升相关疾病诊疗效率，进而从根源上提高人民健康水平的重要前提。但人类早期胚胎极难获取，科学家们无法直接探究人类胚胎发育过程和机理。胚胎体外培养技术是可视化研究胚胎发育过程的有力工具。借助人类胚胎体外培养技术，胚胎期第14天之前的发育事件已被初步揭示。然而，由于科研伦理限制，人类胚胎研究遵循“14天原则”，即人类胚胎体外研究必须在第14天终止，故体外培养的人类胚胎不能被用于研究胚胎期第14天之后发生的原肠运动和早期神经胚发育等事件。

非人灵长类与人类在进化上和发育生物学特征上高度相似，所以搭建非人灵长类胚胎体外培养体系至关重要，借此揭示灵长类胚胎发育特征，可极大提升科学家们对包括人类在内的灵长类早期胚胎发育及相关疾病的认识。

2019年，王红梅研究员团队联合中外同行已将食蟹猴胚胎体外培养至胚胎期第20天，探究了灵长类早期原肠运动特征。本次研究在之前基础上再获突破，把食蟹猴胚胎体外培养至胚胎期第25天，并命名为3D长时程培养体系(pIVC)。

能够支持食蟹猴胚胎体外发育至d.p.f. 25的3D长时程培养体系。　中科院动物所 供图

利用该体系，研究团队进一步探究灵长类早期神经胚发育过程。研究者对神经系统发育关键调控因子进行鉴定，发现pIVC胚胎的神经管形态和多种分子表达特征与体内相同发育阶段的胚胎相似。伴随神经外胚层的发育，pIVC胚胎的表皮和神经板边缘的发育同步进行，同时pIVC胚胎可重现神经管沿背腹轴区域化发育的模式，并分化出早期运动神经元祖细胞。

除外胚层和神经管发育外，研究团队还检测了pIVC胚胎中原始生殖细胞和中、内胚层的发育特征。结果提示与相同发育阶段的体内正常胚胎相比，pIVC胚胎的分子表达特征与正常胚胎相似，表明前者可重现原肠运动中晚期阶段中胚层和内胚层的发育。

pIVC胚胎神经管细胞的特化。　中科院动物所 供图

研究团队还利用单细胞多组学测序技术，对9个pIVC胚胎的单细胞的转录组和DNA甲基化和染色质可及性进行测序和分析。结果提示，各种细胞类型的基因均发生了甲基化，且胚胎组织的DNA甲基化水平(约75%)高于胚外组织(约50%)，与已报道的小鼠和人类胚胎特征相似。

研究团队总结认为，他们这次的最新研究成果，既为灵长类胚胎体外培养和基于干细胞构建的“类胚胎”的体外培养提供参考体系，也为深入了解人类早期胚胎发育机制，以及早期胚胎发育异常相关疾病的病理研究等提供重要技术平台。(完)