利用干細(xì)胞制造出胚胎樣結(jié)構(gòu)！人類以后可以“無(wú)性繁衍”了？

人類的生命始于受精卵。這種獨(dú)特的全能細(xì)胞在不增加體積的情況下進(jìn)行連續(xù)的卵裂分裂，在受精四天后形成一個(gè)叫做桑葚胚的球體。進(jìn)一步的分裂和細(xì)胞分化在發(fā)育的第5天產(chǎn)生一個(gè)中空的結(jié)構(gòu)，稱為囊胚。

人類胚胎的發(fā)育是在母親體內(nèi)進(jìn)行的，因此很難進(jìn)行研究。捐獻(xiàn)用于研究的剩余人類胚胎很少，而且它們的使用受到相當(dāng)大的倫理和法律限制。由于這些原因，關(guān)于胚泡期胚胎形成的關(guān)鍵發(fā)育步驟及其植入后早期的重塑的知識(shí)仍然很大程度上不為人知。

近日，一篇發(fā)表在國(guó)際雜志Nature Communications上的研究報(bào)告中，來(lái)自加州理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們利用人類干細(xì)胞創(chuàng)造出了胚胎樣的結(jié)構(gòu)，與由精子和卵子結(jié)合形成的自然胚胎不同，這種結(jié)構(gòu)是由所謂的多能干細(xì)胞結(jié)合所形成。盡管這些胚胎樣結(jié)構(gòu)與真正的胚胎存在一些關(guān)鍵差異，但創(chuàng)造它們的技術(shù)對(duì)于回答有關(guān)人類發(fā)育的公開(kāi)問(wèn)題至關(guān)重要，而這并不需要所捐贈(zèng)的胚胎。

這些結(jié)構(gòu)由一類特殊的多能干細(xì)胞所形成，這些干細(xì)胞能產(chǎn)生不同類型的細(xì)胞，隨后自組裝形成一種形態(tài)明顯讓人聯(lián)想到胚胎形態(tài)的特殊結(jié)構(gòu)，胚胎有著不同胚胎組織和胚胎外組織。這些多能干細(xì)胞最初是由其他研究人員從一個(gè)真正的人類胚胎中分離出來(lái)的，此后一直在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中保存著，值得注意的是，當(dāng)合適的環(huán)境條件支持時(shí)，這些細(xì)胞仍然能夠“記住”如何組裝成為胚胎。

在研究人員能夠讓人類干細(xì)胞達(dá)到與其相當(dāng)?shù)男∈蟾杉?xì)胞對(duì)應(yīng)的發(fā)育精確度之前，他們?nèi)杂羞M(jìn)一步的工作需要去完成。培養(yǎng)的多能干細(xì)胞能展現(xiàn)出多能狀態(tài)的動(dòng)態(tài)譜，并能反映在體內(nèi)植入前到植入后的發(fā)展階段，目前的研究中，研究人員旨在通過(guò)開(kāi)發(fā)一系列措施，使得他們能夠重建人類早期發(fā)育的時(shí)空譜系分化以及自我組裝，從而就能利用所報(bào)道的hEPSCs（人類擴(kuò)大多能干細(xì)胞）的雙能性。

研究人員在3D培養(yǎng)基平臺(tái)中評(píng)估了hEPSCs模擬早期胚胎細(xì)胞命運(yùn)的多分化潛能。結(jié)果表明，研究人員所建立的基于hEPSC的系統(tǒng)能促進(jìn)hEPSCs自組裝為在形態(tài)上與人類囊胚和植入期周圍胚胎有一些相似之處的結(jié)構(gòu)，并在一定程度上具有譜系規(guī)范。然而他們也發(fā)現(xiàn)，其細(xì)胞譜系組成并不是完善的，這些細(xì)胞主要會(huì)采用一種中間的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。

囊胚譜系的說(shuō)明。

本文研究在hEPSC衍生結(jié)構(gòu)的分子和表觀遺傳可塑性方面還存在一定的局限性，從而就會(huì)導(dǎo)致重要基因（比如GATA3、SOX2和SOX17基因）的弱激活，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)效的譜系規(guī)范。

最近研究人員描述了多種可替代的方法來(lái)使用原始或誘導(dǎo)多能干細(xì)胞產(chǎn)生人類囊胚樣的結(jié)構(gòu)，在這些報(bào)告中，研究人員所得到的結(jié)構(gòu)再現(xiàn)了囊胚的整體形態(tài)，同時(shí)其還具有內(nèi)部的細(xì)胞團(tuán)和囊腔，且與本文中研究人員所描述的結(jié)構(gòu)相似。同樣具有適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形成，且具有一定的空腔和內(nèi)部細(xì)胞團(tuán)，人類原始囊胚樣結(jié)構(gòu)的形成率為9.4%-12.8%，而人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的形成率則為5.8%-18%。

盡管誘導(dǎo)多能干細(xì)胞所衍生的結(jié)構(gòu)似乎具有形態(tài)學(xué)和轉(zhuǎn)錄組織，但科學(xué)家們對(duì)于滋養(yǎng)外胚層樣細(xì)胞的身份提出了疑問(wèn)，因?yàn)槠渌坪跖c報(bào)道的羊膜樣細(xì)胞更為相似。

這一研究發(fā)現(xiàn)結(jié)合本文中的研究結(jié)果，研究者提出，在干細(xì)胞衍生的人類胚胎發(fā)育的模型中，有潛力的形態(tài)和細(xì)胞行為或與轉(zhuǎn)錄細(xì)胞身份之間存在一定的脫節(jié)現(xiàn)象。本文研究中，研究人員展示了產(chǎn)生形態(tài)相似結(jié)構(gòu)但基因表達(dá)模式卻大相徑庭的能力，這突出了這些模型中形態(tài)和基因表達(dá)的非耦合性，當(dāng)然了，這些都有待于后期研究人員進(jìn)一步探索研究。

培養(yǎng)中的hEPSC衍生的囊性結(jié)構(gòu)或能展示出植入樣形態(tài)重塑。

從干細(xì)胞產(chǎn)生胚胎樣結(jié)構(gòu)的能力意味著并不需要額外捐贈(zèng)的胚胎了，此外，這類結(jié)構(gòu)還能被研究人員大量創(chuàng)建，因此，該模型系統(tǒng)能夠幫助深入理解早期胚胎的發(fā)育過(guò)程，而不受人類胚胎有限可用性的限制。比如，其將可能會(huì)干擾特定的基因表達(dá)，并研究由此對(duì)發(fā)育過(guò)程所產(chǎn)生的影響，此外，該系統(tǒng)還能用來(lái)理解不同的細(xì)胞組分如何在非常早期的階段來(lái)協(xié)調(diào)其發(fā)展，以及這種細(xì)胞串?dāng)_對(duì)后期發(fā)育階段的影響效應(yīng)。

研究者提出，hEPSCs并不等同于全能的胚胎細(xì)胞，其只能部分指定胚胎細(xì)胞的后代，這或許反映了不同的分子軌跡以及這些細(xì)胞所采用的中間狀態(tài)，這就導(dǎo)致了本研究中研究者所觀察到的不適當(dāng)分化的細(xì)胞的產(chǎn)生；盡管如此，這些細(xì)胞也能夠產(chǎn)生多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而展現(xiàn)出一些關(guān)鍵的形態(tài)特征以及類似于早期人類自然胚胎的模式。

因此，研究人員所提出的系統(tǒng)或許可能提供一種可替代的途徑，從而就有可能被應(yīng)用于體外的全功能胚胎樣平臺(tái)中。綜上，本文研究結(jié)果表明，研究人員所開(kāi)發(fā)的這種新型干細(xì)胞平臺(tái)或許對(duì)于理解胚胎發(fā)育的干細(xì)胞模型提供了新的線索和深入的見(jiàn)解。

原始出處：

撰文 |T.Shen