编者按 哺乳动物的胚胎如何从一个受精卵逐步发育成为个体一直以来都是发育生物学的核心问题。由于样品稀缺以及伦理的限制，对人源受精卵着床后体内胚胎发育的研究存在相当大的困难，而对于非人灵长类动物来说也难以展开。2016年，来自剑桥大学和洛克菲勒大学的团队先后在Nature和NCB上发表文章在体外建立了人类囊胚体外培养模拟着床体系，突破的相关研究的技术瓶颈。今年8月份，北大汤富酬团队与乔杰团队合作结合多层组学技术，解析了围着床期人胚胎发育的分子调控机制。然而由于14天规则的限制，来源于人类的研究工作受限于受精后14天，那么在这之后胚胎发育早期的一些重要科学问题仍然有待回答，因而食蟹猴就成为了比较理想的研究对象。今日，Science杂志上背靠背发表了由国内多个研究团队合作完成的两篇研究论文，首次证明了灵长类动物胚胎可以在体外发育至原肠运动期，在体外重现了灵长类动物早期胚胎发育的重要生物学事件，具有重要意义。有鉴于此，BioArt特别邀请到了同济大学高绍荣教授和北京大学汤富酬教授对上述工作进行了点评，以飨读者！点评 | 高绍荣（同济大学）、周帆、汤富酬（北京大学）责编 | 兮 近几十年来随着体外受精及胚胎培养技术的进步，对于灵长类着床前胚胎的研究取得了巨大的发展。回答了诸如细胞多能性获得、细胞谱系分化等基础科学问题。尽管取得了巨大的进步，对于灵长类着床后胚胎的多能性退出、细胞三胚层谱系分化以及胚胎形态发生等许多问题仍未解决。由于取材及伦理的限制，对于人着床后胚胎发育的研究几乎不可想象。虽然灵长类动物早期胚胎发育与人高度相似，但对于灵长类动物着床后胚胎发育的研究依然难以开展，人力物力花费巨大【1】，领域的进一步发展亟待创新性的技术突破。2016年英国剑桥及美国洛克菲勒大学科学家Magdalena Zernicka-Goetz和Ali H. Brivanlou共同建立胚胎体外延迟培养技术，突破了研究瓶颈【2,3】。今年8月份，北京大学汤富酬教授和北京大学第三医院乔杰教授实验室运用这一技术，结合单细胞多组学技术，揭示了人早期着床后胚胎发育的基因表达调控网络和DNA甲基化动态变化规律，解析了围着床期人胚胎发育的分子调控机制（Nature | 汤富酬/乔杰合作利用单细胞转录组和DNA甲基化组图谱重构人类胚胎着床过程）【4】。由于14天规则的限制，上述工作停止于受精后14天，诸如三胚层分化、细胞间互做、原始生殖细胞特化等许多科学问题尚未回答。而这些问题又是业界关心及重要的基础科学问题。 为了深入探索灵长类胚胎着床后发育过程中的分子机制，2019年11月1日，昆明理工大学灵长类转化医学研究院季维智院士团队谭韬、牛昱宇课题组与美国索尔克研究所 (Salk) Juan Carlos Izpisua Belmonte以及德克萨斯大学西南医学中心的吴军课题组以及深圳华大基因研究院合作在Science在线发表研究成果Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture；中国科学院动物研究所和中国科学院干细胞与再生医学创新研究院王红梅研究员、李磊研究员和中国科学院昆明动物研究所郑萍研究员合作在Science杂志上背靠背发表了另一项研究性长文In vitro culture of cynomolgus monkey embryos beyond early gastrulation。
周帆、汤富酬（北京大学BIOPIC） 理解包括人类在内的灵长类的胚胎发育机制，即单细胞受精卵如何逐渐分化发育形成高度复杂但又高度协调有序的有机体，一直是生命科学领域的核心问题之一。原肠运动（gastrulation）是灵长类胚胎着床后发育的重要生物学事件。在此过程中，具有各自独特发育命运的三个胚层（外胚层、中胚层、和内胚层）逐渐形成，胚胎发育的基本框架和原初蓝图得以建立。由于材料获取等因素的严重制约，对于灵长类、特别是人类这一胚胎时期的研究基本处于空白状态。近年来，人类囊胚体外培养模拟着床体系为围着床时期发育阶段的研究提供了新工具。然而受限于国际通行的伦理学准则（人类胚胎体外培养原则上不能超过14天），目前对于原肠运动这一关键阶段的发育规律与潜在的调控机制知之甚少。近日有联合团队另辟蹊径，解决了这一问题：昆明理工大学灵长类转化医学研究院季维智教授、谭韬教授、牛昱宇教授与索尔克研究所的 Juan Carlos Izpisua Belmonte教授于10月31日联合在《Science》在线发表重要研究成果“Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture”；与此同时，《Science》同期在线发表了中国科学院动物研究所王红梅研究员、李磊研究员与中国科学院昆明动物研究所郑萍研究员共同合作的重要研究成果：“In vitro culture of cynomolgus monkey embryos beyond early gastrulation”。 这两篇论文在国际上首次实现了食蟹猴/猕猴胚胎连续20天的体外培养，成功模拟了胚胎着床和原肠运动过程。研究者们结合长时间体外培养食蟹猴/猕猴胚胎的培养系统、形态学鉴定、以及单细胞组学测序等分析，证实了体外和体内发育胚胎在形态学与基因表达特征上高度相似，且均能在体外重现体内胚胎的多个重要生物学事件。此外，研究者还系统分析了早期羊膜和尿囊腔的形成过程，观察到细胞极性在早期胚胎不同腔体形成过程中具有潜在重要作用，并揭示了羊膜上皮是原始生殖细胞的来源之一。结合单细胞组学测序技术，研究者们还发现各类细胞谱系的动态发育过程以及不同谱系细胞之间复杂的分子互作关系，为灵长类胚胎着床过程中的谱系特化规律提供了新见解。这两项具有重大意义的研究开启了灵长类原肠运动研究新的大门，也是中国科学家对于灵长类早期胚胎发育领域的又一项重大贡献。 可以预期的是，随着对该培养体系的持续优化（例如新型三维培养体系的建立），未来有望使体外培养系统能高效支持胚胎发育到更晚期阶段（例如神经胚时期），在此基础上结合各类新技术（例如基因编辑和单细胞组学分析等），这一培养体系必将有助于逐步揭开灵长类胚胎发育调控的神秘面纱。 制版人：小娴子
参考文献
1. T. Nakamura et al., A developmental coordinate of pluripotency among mice,monkeys and humans. Nature 537, 57-62 (2016).2. A.Deglincerti et al., Self-organizationof the in vitro attached human embryo. Nature533, 251-254 (2016).3. M.N. Shahbazi et al., Self-organizationof the human embryo in the absence of maternal tissues. Nat Cell Biol 18,700-708 (2016).4. F.Zhou et al., Reconstituting thetranscriptome and DNA methylome landscapes of human implantation. Nature 572, 660-664 (2019).
