Cell Stem Cell｜刘真/周帆/孙强合作构建和鉴定非人灵长类类胚胎模型

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胚胎着床至原肠运动是发育的关键时期，也是临床早期流产的高发期。受限于伦理争议和样本来源，相比于模式动物，灵长类围着床后发育的相关研究相对滞后。基于胚胎干细胞组装的类胚胎模型为胚胎发育研究提供了新的途径。目前小鼠胚胎干细胞来源的类胚胎能体外培养到神经发生和器官发生阶段 【1-3】 ，人胚胎干细胞诱导获得的类囊胚也可以模拟囊胚阶段的形态和分子特征 【4-7】 。非人灵长类具有与人相近的生殖发育和胚胎发育特点，是研究生殖和胚胎发育的理想动物模型。然而，适用于非人灵长类胚胎研究的类胚胎模型至今未见报道。

2023年4月6日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心 （神经科学研究所） 刘真 研究组、清华大学生命科学学院/清华-北大生命联合中心周帆研究组、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心 （神经科学研究所） 非人灵长类研究平台孙强研究团队合作在Cell Stem Cell期刊在线发表了题为 Cynomolgus monkey embryo model captures gastrulation and early pregnancy 的研究论文。 该研究利用胚胎干细胞构建了含有主要谱系和结构特征的食蟹猴类囊胚，体外培养后可诱导其产生原肠胚的形态与细胞群体，体内移植后可检测到早期妊娠囊等早孕特征。

首先，研究人员利用食蟹猴胚胎干细胞进行类囊胚的体外构建。通过比较不同培养状态的食蟹猴胚胎干细胞以及优化体外诱导体系和方法，最终确认了4CL原始态 （Naïve） 胚胎干细胞体系与HDM-mTDM两步法诱导，能高效获得和食蟹猴生理囊胚形态上接近的类囊胚。进一步的单细胞转录组测序与分析、体外分离与干细胞建系等实验，提示新构建的类囊胚具有与生理囊胚相似的细胞谱系以及转录组特征 （图1A-B） 。

图1.（A）食蟹猴类囊胚体外重构。（B）单细胞转录组对比分析食蟹猴类囊胚和生理囊胚。（C）食蟹猴类囊胚体外延迟培养D17时形成原肠胚样结构。（D）单细胞转录组对比分析食蟹猴D17类胚胎和人类CS7原肠胚。

接下来，为鉴定其体外发育潜能，作者对食蟹猴类囊胚进行了长时程体外延迟培养。在体外培养至D17，类囊胚发育为圆盘样类胚胎，并包含羊膜腔、卵黄囊腔等特征性结构，且部分形态与之前报道的人类CS7 （E16-19） 时期的体内原肠胚相似 【8】 （图1C） 。结合转录组测序数据挖掘和对比分析，作者发现D17食蟹猴类胚胎具有原条细胞 （Gast） 、原始生殖细胞 （PGCs） 、羊膜上皮细胞 （AME） 、胚外中胚层细胞 （EXMC） 、内脏内胚层/卵黄囊内胚层细胞 （VE/YE） 、原始造血等细胞群体。作者进一步分析鉴定发现D17食蟹猴类胚胎还具有非神经外胚层 （NNE） 、新生中胚层 （NM） ，晚期中胚层 （AM） 、定型内胚层 （DE） 等三胚层类似的细胞群体 （图1D） 。这些结果提示D17食蟹猴类胚胎无论从形态上，还是细胞谱系组成上，都与人类CS7 （E16-19） 胚胎具有相似特征，提示新构建的类囊胚具有一定着床后发育潜能。

最后，作者将食蟹猴类囊胚进行同种体内移植，结果显示部分受体在移植后能检测到着床点和早期妊娠囊，伴随受体血清中绒毛膜促性腺激素和孕激素水平升高，暗示能诱发一定的早孕反应特征 （图2） 。

图2. 非人灵长类类囊胚体外重构和体内外发育潜能研究模式图。

综上， 该研究利用胚胎干细胞体外重构了非人灵长类类囊胚，并对其体内外发育潜能进行深入全面的探究和评估。将非人灵长类的类囊胚体外培养至类原肠胚时期，为进一步优化灵长类类囊胚的体外重构策略，以及深入理解灵长类的胚胎发育过程提供了有价值的研究模型。

图3. 构建与鉴定食蟹猴类胚胎模型卡通寓意图。

中科院脑智卓越中心刘真研究员、清华大学生命科学学院周帆助理教授和中科院脑智卓越中心孙强研究员为该论文的共同通讯作者。中科院脑智卓越中心博士后李杰、清华大学周帆课题组科研助理朱庆元、中科院脑智卓越中心与西北农林科技大学联合培养博士生曹静、清华大学2021级博士生刘莹、非人灵长类研究平台实验师陆勇为该论文并列第一作者。中科院脑智卓越中心孙怡迪研究员、孙怡宁、黄奕铭、尚申申、卞新颜、李春杨、张连升博士、王燕、聂艳红、傅吉强博士，清华大学2021级博士生李倩，中科院广州健康院Miguel A. Esteban研究员、李文娟博士、Md. Abdul Mazid博士、姜禹、贾雯淇，西北农林科技大学王晓龙教授为本研究提供了重要帮助。

原文链接： 

https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.03.009

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中科院脑智中心刘真研究组致力于技术创新驱动的科学问题的解决。研究组围绕哺乳动物早期胚胎发育、生殖发育及干细胞领域的关键问题，建立了包括：胚胎DNA编辑、RNA编辑和表观编辑；单细胞转录组、表观组、蛋白质组测序及分析；灵长类胚胎干细胞培养和类胚胎诱导；原始生殖细胞诱导分化；精原干细胞培养及功能验证；基于CRISPR和单细胞测序的高通量遗传筛选；体细胞核移植等一系列高效稳定的研究体系。欢迎对发育生物学和再生医学感兴趣的博士后加入。

清华大学生命科学学院周帆实验室致力于整合体内外功能鉴定、单细胞组学和遗传操控等技术，研究胚胎发育中细胞命运和谱系特化的规律与分子机理，实验室长期招收对胚胎发育调控感兴趣的学生与博士后。实验室主页：zhoulab.org.cn，欢迎致信交流。

中科院脑智中心非人灵长类研究平台孙强团队以非人灵长类实验动物为研究对象开展胚胎发育、基因编辑、干细胞、体细胞重编程、肠道微生物和肿瘤等相关研究工作。为拓展实验室科研发展要求，现面向社会招聘副研究员、博士后多名。平台具有良好的工作氛围和实验条件及相关基础设施，将提供有竞争力的薪水福利以及发展空间，欢迎有志之士加入。

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