内蒙古大学李喜和教授、包斯琴教授、吴宝江副教授，西北农林科技大学张涌院士，英国剑桥大学M. Azim Surani院士联合在SCIENCE CHINA Life Sciences上发表题为“Stem cell-based embryo models: a tool to study early human development”的综述文章。为“基于干细胞的胚胎模型：研究人类早期发育的工具”这一研究方向提供了系统性的梳理及前沿进展的总结，并提出干细胞为基础的胚胎模型对早期发育和临床应用方面的潜在策略。
不同发育阶段胚胎建立的小鼠胚胎多能干细胞系
哺乳动物受精卵如何获得全能性并发育成完整的个体是一个古老而又复杂的科学问题。由于胚胎资源有限、技术挑战和伦理等问题，人类早期胚胎发育研究受到一定的障碍。因此，人类早期胚胎发育的精确调控机制仍未清楚。近年来，基于干细胞的胚胎模型（SCBEM）的出现为体外重建植入前、后的胚胎发育的研究提供了实验材料。这些模型在某种程度上模拟了胚胎早期发育的形态和转录特征，可用于研究哺乳动物植入前、后发育阶段胚胎的关键事件。哺乳动物胚胎发生始于精子卵子结合受精后的全能性配子，涉及基因组和表观遗传组等一系列生物学过程的调控。在胚胎发育早期阶段，胚胎细胞数量逐渐增加，而胚胎的体积保持不变。当胚胎发育到囊胚阶段，卵裂球系谱分化形成滋养外胚层（TE）和内细胞团（ICM）。ICM进一步分化形成多能外胚层（EPI）和原始内胚层（PrE）。尽管发育时间和一些分子调控机制有所不同，小鼠和人类的胚胎发育遵循相似的谱系特化过程。然而，由于人类胚胎资源有限、存在的技术挑战和伦理等问题的限制，人们对人类早期胚胎发育的了解仍存在很多“黑匣子”。
小鼠和人类的早期胚胎发育和SCBEM模型
在过去几年，科学家们重现了多能干细胞来源的小鼠和人类胚胎模型，以捕捉早期胚胎发生、谱系特征分化，以及胚胎外组织和胚胎组织之间的相互作用，该模型被称为基于干细胞的胚胎模型（Stem cell-based embryo models, SCBEM）。已证明SCBEM在胚胎关键发育阶段（如囊胚形成和早期植入阶段）的体外模拟方面的潜力，但由于SCBEM模型中胚胎外组织的形成有限，模拟子宫植入后的发育仍存在巨大挑战。而且，人类自然胚胎体外研究需要遵循“14天规则”。SCBEM包括两种类型，一种叫“整合性”，它包含胚胎所有类型细胞，包括胚外组织；另一种叫“非整合性”，它只包含胚胎部分的细胞，不包含胚外组织细胞。
类胚胎中原始生殖细胞的形成
类囊胚（blastoid）是反映植入前胚胎模型，类原肠胚（gastruloid）是反映原肠胚形成过程的体外研究模型。尽管我们还不知道这些模型在多大程度上是否真正适合模拟人类和小鼠的自然胚胎发育，但是，这些模型挑战了目前对胚胎的法律定义，其日益成熟的体外研究体系的建立为其今后使用提出了伦理挑战。因此，有必要为使用人类胚胎模型的研究制定伦理准则。然而，“非整合性”SCBEM在一定程度上避免直接使用人类胚胎的伦理限制，为研究小鼠和人类早期胚胎发育提供强有力的研究工具。
SCBEM提供了一个易于使用和高通量筛选的平台，可用于研究早期胚胎发育过程，基因编辑模型体外研究和临床药物筛选等多个方面。深入了解和发展干细胞来源的胚胎模型，可以更忠实地模拟自然人类胚胎的发育，进一步为人类早期发育的理解提供科学依据。
该论文为内蒙古大学第一完成单位，内蒙古大学吴宝江副教授、英国剑桥大学博士后Jitesh Neupane和内蒙古大学博士生周阳为共同第一作者。西北农林科技大学张涌院士、内蒙古大学包斯琴和李喜和教授为共同通讯作者。该论文的设计和撰写获得了英国剑桥大学M. Azim Surani院士的大力支持。该论文获得了国家科技重大专项（2023ZD0405001），国家自然科学基金（32460837，32060176），内蒙古自治区高等学校“青年科技英才支持项目”（NJYT23091），国家重点研发计划（2022YFD1302202），内蒙古“揭榜挂帅”项目（2022JBGS0021）和内蒙古大学高层次人才引进项目（10000-21311201/058）的支持。
全文链接：https://doi.org/10.1007/s11427-024-2741-1
