胚胎发育，只靠胚胎细胞自身“按部就班”就能完成吗？并非如此。越来越多的证据表明，胚外组织不仅提供结构和营养支持，还通过细胞间信号交流参与调控胚胎细胞命运决定与空间组织建立。长期以来，对于胚盘形成、原条发生的诱导信号、空间组织规律以及胚外组织在这些过程中到底如何调控胚胎命运，科学界一直未能给出清晰答案。

  6月24日，中国农业大学生物学院魏育蕾教授团队与中国科学院动物研究所合作，在《Cell》杂志上发表研究论文，首次系统解析了原肠时期三类胚外谱系细胞在原条样结构形成中的分工与协同机制，并在体外成功重建了模拟原条有序发生的胚盘模型。

  这项研究建立在团队2023年的工作基础之上。魏育蕾团队与德克萨斯大学西南医学中心吴军团队、昆明理工大学谭韬团队合作，通过建立干细胞共培养模型，解析了着床前囊胚形成时期原始内胚层与上胚层的谱系互作关系，为研究胚外-胚内互作开辟了新的研究范式。本次新发表的研究，将发育时间进一步推后，聚焦于原肠运动时期，引入了羊膜样细胞、滋养层干细胞和胚外中胚层干细胞这三类胚外谱系，系统评估了它们对原条发生的作用。

  研究发现，三类胚外细胞在时序和空间上协同调控原肠运动，分工明确且相互配合。类羊膜细胞（AMLCs）扮演着原条分化的起始诱导者角色。在共培养条件下，AMLCs能够诱导胚胎干细胞（ESCs）产生原肠运动特征性的T+细胞群，并伴随TBXT、MIXL1等相关基因的表达上调。滋养层干细胞（TSCs）表现出显著的抑制作用，即使在加入WNT通路激活剂启动原肠发生的条件下，TSCs仍能有效抑制T+细胞的产生，促使更多细胞维持未分化状态，起到负向稳态调控的作用。而胚外中胚层细胞（ExMSCs）主要承担迁移导向功能。研究团队基于此前发表的“3D胚胎”系列工作，优化了ExMSCs的培养体系，首次建立了可长期稳定培养的胚外中胚层干细胞系。功能实验表明，ExMSCs本身并不直接诱导ESCs表达T，却能定向吸引已经进入T阳性及上皮-间充质转化（EMT）状态的原条样细胞向特定方向迁移。这样，三类细胞分别从分化启动、分化抑制和迁移定向三个环节协同调控T+原条样细胞的产生与行为。

Disc-Gastruloid模型示意图：重构胚内/胚外空间互作，模拟原条样结构形成

胚外细胞协同调控ESCs原条样分化与T⁺细胞迁移

  在理清三类胚外细胞的各自作用后，研究团队进一步结合micropattern微图案化技术和Transwell共培养体系，重构了原条形成时期胚内与胚外的空间关系。他们模拟胚盘的物理生理状态，构建了包含AMLCs、TSCs与ExMSCs的体外胚盘模型，命名为Disc-Gastruloid（胚盘样类原肠模型）。经过72小时的共培养，该模型的胚盘样结构中逐渐出现沟槽状的类原条样区域，该区域细胞间连接减弱，并特异性表达T/Brachyury、MIXL1等原条及原肠运动相关标志物，提示模型中发生了类似天然胚胎原条形成过程中的细胞迁移与命运转变。该模型能够动态再现原条形成过程中EMT启动、细胞迁移和谱系分化等关键事件，为研究植入后早期胚胎发育提供了全新的实验平台。

体外空间重构胚盘样结构并诱导类原条样形态发生

  研究团队进一步探索了Disc-Gastruloid是否具备持续发育潜能。他们将胚盘样结构分离并进行低吸附悬浮延长培养，发现超过80%的模型在第4天能够自发形成伸长、不对称、弯曲且多层化的三维胚胎样结构。该结构中可观察到SOX2阳性神经样细胞、SOX17阳性内胚层样管状结构，以及共表达SOX2和T的神经中胚层祖细胞样区域，并呈现类似早期胚胎前后轴和背腹轴的空间分布特征。部分结构前端还出现共表达ISL1和cTnT的心肌祖细胞样区域，并表现出自主节律性收缩。单细胞转录组分析显示，延长培养后的Disc-Gastruloid包含14类细胞群，其主要细胞类型与人类CS9阶段（约受精后21天）胚胎中的对应细胞具有较高相似性。表明虽然该模型与真正胚胎仍存在一定差异，但能在体外进一步发育为高度类似早期胚胎的复杂结构。

  研究系统阐明了胚外组织对胚胎空间组织和命运决定的调控规律，明确回答了“着床后原肠胚时期，胚外组织对胎儿着床后的胚层分化、胚盘建立、原条形成有重要影响”。研究指出，不同胚外组织缺失最终可致使胎儿早期流产、躯干缺损、神经管畸形、泌尿生殖系统发育畸形等现象。该理论不仅为农业动物胚胎发育效率提升、动物胚胎体外发育及移植、异种嵌合、多物种干细胞研究提供了新的理论参考，也为未来利用家畜大动物构建复杂发育模型奠定了基础。

  本研究第一单位为中国农业大学生物学院、畜禽生物育种全国重点实验室、分子设计育种前沿科学中心、模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施，并获得了多项国家级科研项目资助。

  记者：武玥彤

  科学性审核：魏育蕾 中国农业大学生物学院教授