12月12日，国际顶尖杂志Nature 以“article”形式在线公开发表昆明理工大学与云南省第一人民医院生殖科合作完成的高水平研究论文“A developmental landscape of 3D-cultured human pre-gastrulation embryos”。该研究首次绘制了人原肠前胚胎的发育全景图，为研究人着床后的早期胚胎发育建立了重要的研究基础。昆明理工大学灵长类转化医学研究院的李天晴教授和季维智院士为文章的共同通讯作者。昆明理工大学李天晴课题组博士生相立峰、博士后尹宇、郑云研究员及云南省第一人民医院马艳萍主任医师和李永刚主任技师为该文章的并列第一作者。昆明理工大学是论文的第一完成单位，云南省第一人民医院为第二单位。

人的生命起源于早期胚胎，胚胎体内发育在三维时空上受到复杂而精细的调控。胚胎发育是生命科学的重要问题，受限于伦理和研究技术的限制，人着床后胚胎发育尚是一个不清楚的黑匣子。对着床后人胚胎发育关键事件的理解对人类干细胞、组织器官再生研究和应用以及对不孕症、早期发育疾病的预防与治疗极为关键。

昆明理工大学科研团队在获得严格的伦理允许和病人知情同意的条件下，利用临床上捐献的胚胎，首先通过改善培养基和培养方法，开发了一个三维（3D）人囊胚培养体系，克服二维（2D）无法模拟胚胎发育的缺陷。采用该体系首次将人囊胚在3D条件下培养到原条阶段（第14天），但未出现早期神经系统的发育，符合胚胎研究的国际伦理。

人的胚胎在体外3D条件下发育到14天

这些3D胚胎能高度地模拟体内胚胎的发育，经历不同形态的发育并自发组装成2D条件下无法产生的3D结构，包括胚胎双层杯盘、羊膜（amnion）、基底膜、初级和灵长类独特次级的卵黄囊、前后轴和原条。与上胚层细胞相比，羊膜腔的羊膜上皮显示出独特和特征性的表型。

3D培养的人胚胎产生前后轴和原条的形成

通过大量单细胞的转录表达谱的分析，研究团队揭示了上胚层细胞、下胚层细胞和滋养层细胞谱系分化和发育的动态以及分子调控网络。首次阐明胚胎着床后，细胞滋养层（cytotrophoblast）、绒毛外细胞滋养层（extravillous cytotrophoblast）和合胞体滋养细胞（syncytiotrophoblast）的分化以及引起分化的信号和转录因子。研究还显示上胚层细胞（PSCs，多能干细胞）着床后经历从naive到primed的转变，其后PSCs维持转录表达谱到第14天直到原条。不同的多能因子协调作用决定了上胚层细胞的发育和转化。通过人和猴子胚胎的转录组分析，发现猴子和人上胚层细胞在代谢上具有明显差异，而在维持干细胞多能性以及发育的关键分子和信号通路上具有保守性。

3D培养的人原肠前胚胎的发育全景图

昆明理工大学科研团队的研究首次系统研究了原肠前人胚胎和多能干细胞的发育过程，绘制了原肠前人胚胎的分子和形态发育全景图，填补了相关领域的空白。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1875-y

（供稿：灵长类转化医学研究院）