《细胞》+1，这个学院今年CNS五连发！

北京时间2026年6月24日，中国农业大学生物学院魏育蕾教授团队与中国科学院动物研究所合作，在国际顶级期刊Cell上在线发表题为《胚外细胞协同调控，重建人类胚胎原条发育》（Reconstituting Human Primitive Streak Formation through Extra-Embryonic Cell Coordination）的研究论文。该研究首次系统解析了原肠胚时期，三种胚外谱系细胞在人类原条形成中的分工与协同机制，并在体外成功构建了“胚盘样类原肠模型”（Disc-Gastruloid），为研究早期胚胎发育机制、解析出生缺陷的早期起源以及开展相关疾病模型构建提供了重要实验平台。

研究背景：原条形成是原肠运动启动和胚胎体轴建立的关键事件，但调控机制长期不明

人类胚胎发育至第3周左右，胚盘上会出现一条称为“原条”的结构，标志着原肠运动启动的发生。原条的形成不仅为胚胎建立头尾轴和背腹轴等基本轴向信息，也引导上胚层细胞发生迁移、分化并形成外胚层、中胚层和内胚层，为后续组织分化和器官发生奠定基础。然而，由于该时期胚胎位于母体子宫内，难以直接观察和操作，关于胚盘如何形成、原条产生的诱导信号来源，以及胚外组织在此过程中扮演何种角色，长期以来缺乏清晰的认知。

此前，魏育蕾团队于2023年在《细胞》上发文，利用干细胞共培养模型解析了囊胚时期胚内与胚外谱系的互作关系，为本研究奠定了方法基础。此次将研究窗口推进到原肠运动阶段，聚焦于着床后胚胎发育的胚外细胞类型。

Disc-Gastruloid 模型示意图：重构胚内/胚外空间互作，模拟原条样

核心发现：三类胚外细胞各司其职，协同调控原条样结构发生

研究团队通过体系优化，建立了三类胚外谱系细胞——类羊膜细胞（AMLCs）、滋养层干细胞（TSCs）和胚外中胚层干细胞（ExMSCs），并通过功能实验逐一评估它们对胚胎干细胞（ESCs）向原条分化的影响。结果发现，三类细胞并非简单支持，而是从不同环节精确调控原条的形成过程：

· 类羊膜细胞（AMLCs）能够主动诱导胚胎干细胞表达原条关键标志基因TBXT（即Brachyury），扮演“启动者”角色；

· 滋养层干细胞（TSCs）即使在启动信号存在下，仍能显著抑制原条分化，维持细胞未分化状态，起到“稳衡制动”的作用；

· 胚外中胚层干细胞（ExMSCs）并不直接诱导分化，但能定向吸引已进入原条状态的细胞发生迁移，相当于“导向者”。

该研究首次揭示了胚外组织在原肠运动中的主动调控功能，拓展了研究者对胚外组织功能的认知。

胚外细胞协同调控 ESCs 原条样分化与 T⁺ 细胞迁移

技术突破：体外重构胚盘空间结构，再现原条样时空发生

由于细胞命运不仅取决于分子信号，还高度依赖其所处的空间位置，研究团队进一步利用微图案（micropattern）技术，模拟体内胚盘的物理尺寸和空间边界。结合共培养体系，将三种胚外细胞与胚胎干细胞按照体内空间关系进行排列，构建出可以高效模拟原条发生的体外模型，命名为“Disc-Gastruloid”。培养72小时后，胚盘样结构中自发出现沟槽状类原条区域，该区域细胞间连接减弱，并特异性表达TBXT、MIXL1等原肠运动标志物，表明模型成功重现了原条起始和细胞迁移的关键事件。

延伸培养：模型具备进一步发育潜能，形成类似早期胚胎的轴向结构

研究团队将分离后的Disc-Gastruloid进行悬浮延长培养，培养至第4天时，超过80%的结构自发形成伸长、不对称、多层化的三维胚胎样组织。该结构中可观察到SOX2阳性的神经样细胞、SOX17阳性的内胚层管状结构，以及共表达SOX2和T的神经中胚层祖细胞区域，并呈现类似早期胚胎前后轴和背腹轴的空间组织分布。部分结构前端还出现了自主节律性收缩的心肌祖细胞区域。单细胞转录组分析显示，该模型中的细胞类型与人受精后约21天（CS9阶段）胚胎高度相似，表明该模型在体外较好地模拟人类胚胎植入后早期发育过程，并为研究胚胎轴向建立、胚层分化和早期器官发生提供了有力模型。

体外空间重构胚盘样结构并诱导原条样形态发生

科学意义与应用前景

本研究系统阐明了胚外组织在原条形成中通过时空协同作用调控胚胎空间组织建立和细胞命运决定。研究表明，不同类型胚外细胞的功能异常可能扰乱原肠运动、体轴建立和早期器官发生，并与早期胚胎流产、躯干缺损、神经管畸形及泌尿生殖系统发育异常等相关，为理解出生缺陷的发病机制提供了新视角。

在应用层面，该研究为优化农业动物的体外胚胎培养体系、提升胚胎发育效率、开展异种嵌合及多物种干细胞研究提供了新的理论基础，也为将来利用大动物模型构建人类器官再生策略创造了条件。

延长培养的 disc-Gastruloid 形成类 CS9–CS10 胚胎样轴向结构

本研究第一单位为中国农业大学生物学院、畜禽生物育种全国重点实验室、分子设计育种前沿科学中心、模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施。魏育蕾教授获得了教育部U40项目支持，国家重点研发计划、国家自然科学基金、动物生物技术育种全国重点实验室创新项目、中国农业大学基本科研业务费等项目资助。感谢模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施（猪设施）提供支持，并感谢实验室全体成员的讨论。

来源 | 生物学院

编辑 | 王铭源

审校 | 杨雨睿 曾婷

责编 | 武慧媛 姜萍萍

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