昆明理工等中外合作发表Cell论文：首次允许同时从胚胎和胚胎外组织中提取和共同培养干细胞

来自昆明理工大学灵谭韬、季维智团队，与美国得克萨斯州西南医学中心吴军、中国农业大学魏育蕾、中科院动物所于乐谦合作，在CELL杂志发文，提出了一种新的培养系统，可以培养胚胎干细胞和胚外干细胞，可能为先天性畸形和早期发育障碍的成因提供重要的见解。

这项研究指出在同一种培养体系下可以建立小鼠和食蟹猴囊胚来源的ESCs、XENs和TSCs细胞系，通过干细胞共培养方式构建囊胚时期细胞互作环境，阐明了囊胚时期胚胎组织和胚外组织之间的相互作用及其调控机制。该研究不仅为胚胎和胚胎外组织之间互作机制解析提供了新的范式，也有助于深入理解早期胚胎发育的复杂调控模式。

“这些发现标志着通过开发统一的干细胞培养系统，在干细胞和发育生物学领域取得了重大进展。这一新颖系统的使用不仅加深了我们对胚胎和胚外细胞在胚胎发生过程中相互作用的理解，还为创建更精确的胚胎发育模型和改进干细胞分化方案奠定了基础，”西南医学中心吴军博士说。

除了概述胚胎干细胞和胚胎外干细胞新的统一生长条件外，该研究还:

• 揭示了不同胚胎和胚胎外细胞类型之间的关键相互作用，如胚胎外内胚层细胞对多能细胞生长的抑制，并强调了胚胎发生过程中细胞间通讯的重要性。

• 确定在不同物种中参与调节胚外内胚层干细胞的共同和独特因素。

“这项干细胞生物学的基础研究有可能为先天性畸形和早期发育障碍的成因提供重要的见解。来自这项研究的见解为这种情况的潜在预防和治疗策略奠定了基础。”

文章一作魏育蕾教授说，“总的来说，体外模拟自然胚胎环境的能力可以大大推进人类早期发育和疾病的研究，可能会带来新的治疗和预防策略”。

在这项研究中，研究人员首先采用激活FGF、TGF-β和WNT信号通路的方法成功从小鼠与食蟹猴囊胚中建立胚胎和胚外干细胞系 （FTW-ESCs，FTW-XEN和FTW-TSCs），并从克隆形态、免疫荧光、嵌合能力和转录组特征等多方面对小鼠与食蟹猴胚内、胚外干细胞系进行全面系统的研究。

基于这一培养体系，研究团队分别将小鼠和食蟹猴FTW-ESCs和其不同胚外干细胞（FTW-XENs, FTW-TSCs）进行共培养，发现FTW-ESCs增殖速度显著降低，表明XENs对ESCs的具有物种保守性的生长增殖有抑制作用。体内畸胎瘤实验结果也发现和单独注射小鼠FTW-ESCs形成的畸胎瘤相比，同时注射小鼠FTW-ESCs和FTW-XENs形成的畸胎瘤体积和重量明显减小。进一步地，研究人员通过剥除小鼠E6.5-6.75 天内脏内胚层（visceral endoderm, VE）24至48小时后发现，VE 剥离小鼠的EPI增值速度更快细胞且数量更多。通过在E2.5小鼠胚胎培养基中添加MEK/ERK抑制剂PD0325901抑制原始内胚层（primitive endoderm, PrE）形成，发现抑制PrE的胚胎其EPI的细胞数量和对照组胚胎相比显著增加，并且注射成系的FTW-XEN细胞后可以回复EPI细胞数量，进一步证明了PrE细胞对EPI细胞的增殖调控。

在2021年发表在《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上的一项研究中，吴军实验室设计了一种培养方法，可以从小鼠和马的囊胚中产生一种中间状态的多能干细胞，也称为formative。最新的研究发现，在相同的培养条件下，可以从小鼠和灵长类动物的囊胚中获得胚胎干细胞和胚胎外干细胞，如滋养细胞干细胞和胚胎外内胚层干细胞。

这项新研究进一步推动了利用基于干细胞的胚胎模型研究早期哺乳动物发育中胚胎和胚胎外组织之间的相互作用。先前的工作已经成功地开发了早期哺乳动物胚胎的干细胞模型，包括小鼠、牛和人类囊胚样结构(称为类囊胚)，以及类似于人类原肠胚周阶段的结构(称为人类类原肠胚周)。

研究结果有可能影响各种疾病和病症的研究和治疗方法，特别是与以下有关的疾病和病症:

• 发育障碍：了解胚胎和胚胎外组织之间的协调可以阐明在胚胎发生早期发生的先天性畸形和发育障碍。

• 胎盘异常：对滋养细胞干细胞在胎盘形成中的作用的深入了解可能会提高对胎盘功能障碍的理解，如先兆子痫或胎盘增生。

• 再生医学：胚胎干细胞和胚胎外干细胞的共培养能力可以促进组织工程和类器官的发展。这可能有利于需要组织再生的条件。

• 癌症研究：由于一些癌症涉及干细胞调控的共同信号通路，如FGF、TGF-β和WNT，本研究可能有助于了解肿瘤的生长和转移。

• 生殖健康：该研究可能通过提高对早期胚胎发育和着床过程的理解，导致生育治疗的进步。

原文标题：

Dissecting embryonic and extraembryonic lineage crosstalk with stem cell co-culture