長期以來，由於倫理和技術的限製，對植入階段胚胎發育及相關疾病的研究進展緩慢。以幹細胞為基礎的胚胎體外模擬技術為科研人員提供了良好的平臺👨🏼‍🎤，特別是類囊胚的構建很大程度上允許研究人員對植入前到植入後的連續過程進行操作和觀察。

2019年，Belmonte實驗室使用小鼠擴展多潛能幹細胞（EPS）構建的“擴展多潛能幹細胞類囊胚（EPS-blastoids）”結構就是一種同時包含滋養層（TE）、原始內胚層（PrE）和上胚層（EPI）完整原始三譜系的類囊胚結構[5]。但是遺憾的是EPS-blastoids存在嚴重的植入後發育缺陷，不能形成有功能的植入後胚胎，這極大的限製了其進一步的應用。

7月15日，恒达平台高紹榮課題組在Protein & Cell雜誌在線發表題為“Bilineage embryo-like structure from EPS cells can produce live mice with tetraploid trophectoderm”的研究論文。該項研究闡述了EPS-blastoids存在植入後發育缺陷的原因和機製🥸，並進一步進行了功能性類囊胚的構建嘗試🧑🏻‍🎄。

研究人員首先對EPS-blastoids進行了譜系特異性基因的檢測，發現EPS-blastoids的類滋養層（TE-like）結構中滋養層細胞標記物CDX2的表達量遠低於正常囊胚的TE細胞，並且TE-like結構普遍表達PrE譜系的特異性基因GATA6、SOX17和PDGFRα。隨後研究人員使用體內移植實驗和植入後胚胎體外培養系統（IVC）對EPS-blastoids進行了植入後發育能力的驗證。結果顯示，在體內移植實驗中EPS-blastoids和胚胎幹細胞（ES）產生的擬胚體（EBs）一樣雖然能夠引起蛻膜反應，但是蛻膜內並沒有正常的植入後結構。而在體外實驗中，大部分EPS-blastoids形成的植入後胚胎樣結構包含NANOG⁺的EPI和SOX17⁺的臟內胚層（VE）而缺乏TFAP2C⁺的胚外外胚層（ExE）譜系細胞。以上實驗證明了EPS-blastoids中TE-like結構並不是典型TE譜系細胞。

圖1.EPS-blastoids中TE-like與ICM-like結構的單細胞數據分析

為了探究EPS-blastoids缺乏TE譜系細胞的原因，研究人員分別對EPS-blastoids的TE-like結構和類內細胞團（ICM-like）結構進行了單細胞測序，結果顯示TE-like結構基本上是由PrE譜系細胞（94.42%）構成的，而少量的TE細胞（4.59%）則來自於ICM-like結構（圖1）。研究人員在對EPS細胞的擴展多能性進行研究時發現EPS細胞中存在GATA6/SOX17/PDGFRα⁺OCT4⁺的PrE-like細胞。通過使用PrE分化培養基處理可以顯著的提高EPS甚至是ES細胞形成EPS-blastoids的的效率（圖2）。相反🧑‍✈️，若通過敲除Gata6來阻止EPS細胞向PrE方向分化則會導致EPS-blastoids不能形成。以上實驗證實了EPS細胞向PrE譜系細胞分化的傾向是EPS-blastoids形成的重要原因。

圖2. PrE方向的誘導分化可以促進EPS細胞形成EPS-blastoids

功能性的囊胚由滋養層（TE）、上胚層（EPI）和原始內胚層（PrE）三種細胞譜系構成🙇🏻‍♂️🚣🏽‍♀️。研究人員發現EPS-blastoids雖然不能產生足夠的TE譜系細胞🚴🏽‍♀️，但是其形成過程中會產生包含PrE和EPI的雙胚層結構（Bilineage embryo-like structures，BLES）🤹🏽‍♀️。由於PrE的缺乏也是類囊胚的構建過程中的主要障礙🦽，因此研究人員試圖利用這種BLES結構進行功能性重組胚胎的構建。研究人員將BLES註射到擴張期四倍體囊胚腔中😮‍💨，使四倍體胚胎的TE細胞與BLES進行了重組👨‍🎨。這種重構胚胎在移植後成功獲得了正常妊娠，其中BLES可以發育為胎兒和卵黃囊，並進一步產生了可育的小鼠。

綜上所述，研究人員發現EPS-blastoids由於缺乏真正的TE譜系細胞而無法實現植入後發育，其TE-like結構是由PrE譜系細胞構成的🧑‍🧒。該研究進一步使用包含EPI和PrE譜系細胞的BLES與四倍體胚胎的TE重新構建🫃🏻，實現了可育小鼠的產生💡。這項研究為功能性類囊胚的建立提供了理論和實驗基礎🪵。

高紹榮教授實驗室的劉奎升博士、徐小翠博士以及柏丹丹博士為論文共同第一作者。高紹榮教授、劉文強研究員以及王譯萱教授為論文共同通訊作者。該研究得到科技部、國家自然科學基金委以及上海市科委等項目的支持👆🏽。