人类将来可以通过干细胞“无性繁殖”？

　　

人类的生命从受精卵开始。这种独特的全能细胞在不增加体积的情况下进行连续的卵裂和分裂，受精4天后形成一个称为桑椹胚的球体。

在发育的第5天，进一步的分裂和细胞分化产生了一个叫做胚泡的中空结构。

 

 

人类胚胎的发育是在母亲的体内进行的，因此很难进行研究。捐献用于研究的剩余人类胚胎很少，它们的使用受到相当大的伦理和法律限制。

由于这些原因，关于胚泡阶段胚胎形成的关键发育步骤和着床后的早期重塑的知识仍然很大程度上是未知的。

最近，在国际期刊《自然通讯》(Nature Communications)上发表的一份研究报告中，来自加州理工学院(California Institute of Technology)和其他机构的科学家利用人类干细胞创造出了类似胚胎的结构，这与由精子和卵子结合形成的自然胚胎不同。

这种结构是由所谓的多能干细胞组合而成的。尽管这些胚胎样结构和真正的胚胎之间有一些关键的区别，但创造它们的技术对于回答有关人类发展的公开问题至关重要，因为人类发展不需要捐赠的胚胎。

 

来源:https://www.nature.com/articles/s41467 - 021 - 25853 - 4

 

这些结构是由一种特殊类型的多能干细胞形成的，这种多能干细胞可以产生不同类型的细胞，然后自我组装形成一种特殊的结构，这种结构明显地让人想起胚胎形态。胚胎有不同的胚胎组织和胚胎外组织。

这些多能干细胞最初是由其他研究人员从一个真实的人类胚胎中分离出来的，从那时起就一直保存在实验室环境中。值得注意的是，在适当的环境条件下，这些细胞仍然可以“记忆”。如何组装成胚胎。

在研究人员能够实现人类干细胞与小鼠干细胞的发育精度之前，他们还有进一步的工作要做。培养的多能干细胞能呈现多能状态的动态频谱，能反映植入前到植入后在体内的发育阶段。

在目前的研究中，研究人员旨在开发一系列措施，使他们能够重建人类早期发育的时空谱系的分化和自组装可以利用报道的人扩展多能干细胞(hEPSCs)的双效性。

研究人员在3D培养基平台上评估了hEPSCs的多分化潜能，以模拟早期胚胎细胞的命运。结果表明，研究者建立的基于hEPSCs的体系可以促进hEPSCs在植入前后自组装成与人类囊胚和胚胎形态相似的结构，并在一定程度上具有谱系规范。

但是，他们也发现他们的细胞系组成并不完美，这些细胞主要采用中间转录状态。

 

囊胚谱系的描述。

图像来源:Nat Commun 12,5550(2021)。doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 25853 - 4

 

在本研究中，hepsc衍生的结构在分子和表观遗传可塑性方面仍存在一定的局限性，这将导致重要基因(如GATA3、SOX2、SOX17基因)的微弱激活，导致谱系规范失效。

最近，研究人员描述了多种使用原始或诱导多能干细胞制造人类囊胚样结构的替代方法。在这些报道中，研究人员获得的结构重现了囊胚的整体形态，内部的细胞簇和囊肿与本文研究人员描述的结构相似。

它也有适当的结构形成，并有一定的空洞和内部细胞簇。人原始胚泡样结构的形成率为9.4% ~ 12.8%，人诱导多能干细胞产生结构的形成率为5.8% ~ 18%。

尽管诱导多能干细胞的结构似乎具有形态和转录组织，科学家们对滋养外胚层样细胞的身份提出了质疑，因为它们似乎更类似于报道的羊膜样细胞。

这一发现，结合本文的发现，研究人员提出，在由干细胞衍生的人类胚胎发育模型中，潜在的形态和细胞行为或转录细胞的身份之间存在一定的脱节。

在这项研究中，研究人员证明了产生形态相似但非常不同的基因表达模式的能力。这突出了这些模型中形态和基因表达的非耦合性。当然，这些还有待后人进一步探索和研究。

 

hepsc来源的囊性结构在培养过程中可能表现出种植体样的形态重塑。

图像来源:Nat Commun 12,5550(2021)。doi: 10.1038 / s41467 - 021 - 25853 - 4

 

通过干细胞产生胚胎样结构的能力意味着不需要额外的捐献胚胎。此外，这样的结构可以由研究人员大量创建。因此，该模型系统可以帮助理解早期胚胎的发育过程，而不受人类胚胎有限可用性的限制。

例如，它可能会干扰特定基因的表达，并研究这对发育过程的影响。此外，该系统还可以用来了解不同细胞成分在非常早期阶段如何协调它们的发育，以及这种细胞串扰在后期发育阶段的影响。

研究人员提出，hEPSCs并不等同于全能胚胎细胞。他们只能部分说明胚胎细胞的后代。这可能反映了不同的分子轨迹和这些细胞所采用的中间态。这促使研究人员进行了这项研究。

观察到的不适当分化的细胞的产生;尽管如此，这些细胞能够产生多细胞结构，呈现出一些关键的形态特征和模式类似于早期人类自然胚胎。

因此，研究人员提出的系统可能提供了另一种方法，可能应用于功能完整的胚胎类平台体外。综上所述，本文的研究结果表明，研究者开发的新型干细胞平台可能为理解胚胎发育的干细胞模型提供新的线索和深入的见解。

原文检索：

Sozen, B., Jorgensen, V., Weatherbee, B.A.T. et al. Reconstructing aspects of human embryogenesis with pluripotent stem cells. Nat Commun 12, 5550 (2021). doi：10.1038/s41467-021-25853-4