3D培養體系在食蟹猴培養揭示靈長類早期器官發生調控機制的應用

瀏覽次數：1046　發布日期：2023-5-12　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

近年來我國育齡夫婦的流產及出生缺陷發生率已分別接近10%及5.6%，病人數量巨大，嚴重影響出生人口質量，生殖健康形勢嚴峻，降低流產及出生缺陷發生率已成為我國人口健康大戰略重要目標之一。解析早期胚胎發育事件及其調控機制有助于我們深入理解早期胚胎和器官發育與疾病發生的關系，為孕早期流產和出生缺陷防治及發育源性疾病的診治提供理論基礎和新的途徑，這也是當前生殖醫學領域亟待解決的難點與熱點之一。但人們對這一時期人胚胎發育，特別是早期著床后胚胎發育知之甚少，處于“黑匣子”狀態，對早期胚胎發育調控機制的深入理解，亟待創新性研究體系的建立與理論和技術突破。

|結|果

　　2023年5月11日，省部共建非人靈長類生物醫學國家重點實驗室/昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院譚韜/陳永昌/季維智團隊、中國人民解放軍總醫院/血液與健康全國重點實驗室劉兵團隊及德州西南醫學中心吳軍團隊合作在Cell期刊發表題為 Ex utero monkey embryogenesis from blastocyst to early organogenesis 的研究論文。該研究開發了一種3D培養系統（EMEUC），實現了食蟹猴胚胎體外25天（25 d.p.f.）的長時程培養（圖一）。利用該平臺，研究人員系統研究了原腸運動及造血等早期組織器官發生的的譜系特化軌跡和分子演進規律及其調控機制。

圖一體外培養食蟹猴胚胎雙光子三維重構（上圖）及示意圖（下圖）

　　研究者首先優化了前期食蟹猴胚胎培養系統（專家點評丨中國學者Science背靠背揭示體外培養的靈長類動物早期胚胎發育圖譜），借助細胞外基質構建了3D培養環境，同時借助葡萄糖的加入，促進了胚胎體外發育，培養胚胎在形態、發育進程等與體內胚胎高度一致，大約對應體內的卡內基階段8c時期。結合單細胞轉錄組（scRNA-seq）和免疫熒光染色驗證，研究人員發現EMEUC培養的胚胎除了早期神經分化，還出現了造血譜系特化，其高度模擬了體內卵黃囊的兩個波次造血發生，尤其是捕獲并識別了猴第一波次造血的關鍵前體細胞（包括生血成血管細胞（Hemogenic angioblast）、第一波次造血祖細胞），這也是迄今為止它們在非人靈長類胚胎中被首次精確識別和系統解析，而在以往的人多能干細胞體外分化體系中并不能很好的重現。此外，與人多能干細胞的體外分化體系相比，體外培養的猴胚能夠產生更接近人體內第二波次造血的生血內皮細胞，這些結果表明該體系有望成為更合適的靈長類早期造血的研究模型。接下來，研究團隊通過人、猴、鼠跨物種的整合分析發現，猴的第二波次造血與人更為接近，表明人、猴在早期造血發育具有較強的保守性而與嚙齒類存在差異。最后，該研究還進一步聚焦猴第一波次造血特化的過程，并系統揭示了猴和小鼠在該過程中的物種保守和差異的分子事件（圖二）。

圖二體外培養食蟹猴胚胎早期造血發生。A.主要的卵黃囊內皮及兩個波次造血細胞群體；B.不同的細胞群體的時間動力學變化；C.人、猴、鼠胚胎早期主要內皮造血相關群體的相關性分析.

　　除了外胚層和中胚層的譜系特化外，研究人員還觀察到內胚層的特化，在體外培養猴胚胎中發現了早期腸（primitive gut）的形成, 并與體內猴胚胎及人胚胎腸亞群高度一致；進一步研究表明，BMP和EGF信號通路與前腸形成有關，而WNT和Hedgehog信號通路可能在后腸發育中發揮重要作用，并提出內臟內胚層細胞參與了前、后腸發育過程。前期研究表明，體外培養猴胚胎可以形成原始生殖細胞樣細胞（PGCLC），PGCLC細胞是否可以在體外發生遷移并進一步成熟，尚不了解。研究者們借助EMEUC系統，揭示隨著培養的進行，PGCLC細胞開始向卵黃囊遷移，隨之代謝模式從糖酵解向氧化磷酸化轉變。最后，作者系統揭示了食蟹猴早期胚胎發育中的X染色體劑量補償調控過程，值得指出的是雌性PGCLC中X染色體總體基因表達水平逐漸上調，且存在X染色體再激活過程。參與X染色體失活的長鏈非編碼RNA（lncRNA）XIST在雄性早期PGCLCs中很少或沒有表達，晚期升高，而在雌性PGCLC中表達水平相對穩定。

|總|結

　　綜上，研究者們開發了一種能夠支持食蟹猴胚胎體外發育至早期器官發生的3D培養體系，并系統研究了非人靈長類從原腸胚形成到早期器官發生過程的重要細胞組成及譜系分化軌跡，研究結果將有助于了解人類胚胎發育畸形孕早期流產。