Nature: 猴子干细胞制造人工胚胎，研究胚胎发育的新途径

自20世纪80年代以来，干细胞研究在生物科学领域取得了显著进展，科学家们纷纷尝试利用这一研究来揭示生命起源的奥秘。近日，科学家们在细胞干细胞杂志（Cell Stem Cell）上发表了一项研究成果，成功利用猴子干细胞生成了类似胚胎的细胞团1，为研究人类胚胎发育提供了一种不涉及道德问题的替代方法。

人类胚胎发育的机制尚未得到充分研究，这主要是因为获取和实验使用人类胚胎涉及伦理问题。在实验室环境中，研究人员已成功生成类似胚胎囊胚的细胞团，即“囊胚样体”（blastoids）。这种细胞团在受精后的第五至六天形成，并能在培养皿中继续发育。2021年3月，一位来自德克萨斯州南西医学中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的研究团队成功利用人类干细胞生成囊胚样体，并在培养皿中发育了十天2。

上海中国科学院神经科学研究所的发育生物学家刘振（Zhen Liu）和他的团队将研究对象转向了长尾猴（Macaca fascicularis）。长尾猴是实验室常用的实验动物，因为它们与人类在生物学上有一定的相似性。在细胞培养中，研究人员将猴子胚胎干细胞暴露在各种生长因子中，以使它们分化为天然囊胚中的细胞类型。

经过大约一周，干细胞形成了囊胚特有的球形结构，并分化为形成组织和器官的三个细胞谱系。作者们指出：“这在自然猴子囊胚的体外长时间培养研究中尚未实现。”当研究人员对约6000个单细胞进行单细胞RNA测序时，他们发现了与天然囊胚相似的遗传特征。一些细胞表达了与内胚层相关的基因，内胚层是最终形成呼吸道和消化道内衬的最内层；而其他细胞则富含与胎盘发育相关的基因。然而，这些囊胚样体并非天然囊胚的完美复制品——部分细胞无法分类，有些细胞产生的蛋白质表达量低于预期。

到第15天，研究人员观察到了类似卵黄囊和羊膜的轮廓。卵黄囊在胎盘形成前提供营养，羊膜是包围发育中胚胎的外膜。在41个囊胚样体中，有5个还出现了类似原始条纹的特征。原始条纹标志着细胞开始重新排列，形成身体的左右、上下结构。

随后，刘振及其团队通过腹腔镜手术将囊胚样体移植到8只长尾猴的子宫内。移植后七到十天，三只猴子产生了孕囊，即孕期超声检查时首先看到的充满液体的腔室。植入还导致了孕激素和绒毛膜促性腺激素的释放。但这些现象都是短暂的，20天后，囊胚样体和妊娠迹象消失。

尽管这些类似胚胎的结构并未设计成能够发育成完全的胎儿，但它们在体内的生存能力不足表明，胚胎发育不仅仅是具备正确的细胞、结构和基因表达。西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学（Pompeu Fabra University）的发育生物学家阿方索·马丁内兹·阿里亚斯（Alfonso Martinez Arias）表示。

此外，子宫内分解的胚胎模型可能有助于了解导致流产和体外受精治疗后植入失败的因素。澳大利亚墨尔本大学（University of Melbourne）的发育生物学家亚历山德拉·哈维（Alexandra Harvey）表示：“如果这些模型在这个阶段确实失败了，我们需要找出在早期阶段需要寻找哪些其他标志。”

干细胞胚胎模型还有助于揭示胚胎发生的基本原理。

参考文献