胚胎的早期发育过程，能够回答我们生命诞生之初的奥秘。然而由于种种技术与伦理上的局限，目前我们对这一过程的了解还并不多。11月1日，顶尖学术期刊《科学》在线发表的一篇论文，为我们带来了新的洞见。这一研究来自于昆明理工大学灵长类转化医学研究院，云南中科灵长类生物医学重点实验室谭韬教授、牛昱宇教授、季维智教授、以及Salk研究所Juan Carlos Izpisúa Belmonte教授的合作。
在论文中，科学家们指出从围着床期（辫别谤颈-颈尘辫濒补苍迟补迟颈辞苍）到原肠胚形成期（驳补蝉迟谤耻濒补迟颈辞苍），哺乳动物的胚胎会发生一系列细胞和分子层面上的转化。然而，我们对于这些转化的了解并不多，这很大程度上是受限于缺乏合适的研究体系。
近年来，一些体外培养系统的诞生，让我们逐渐有了研究早期胚胎发育的能力。然而，这些系统往往不能支持胚胎的长期培养。培养超过12天后，它们就会逐渐“散架”。
▲这套系统最多能在体外将胚胎培育到20天
为了更好地研究早期胚胎发育，这些科学家们改进了这套体外培养系统。在优化了培养条件后，他们成功突破了食蟹猴的体外培育纪录，提高到了20天。而且，这些培育的胚胎能经历包括“细胞谱系分化”在内的一系列正常发育阶段。
随后，研究人员们对发育中的早期胚胎进行了单细胞的RNA测序分析。分析结果表明，这些胚胎已能展现出明显的区域划分。我们也能清楚地看到原始内胚层（primitive endoderm）、滋养外胚层（trophectoderm）、以及上胚层（epiblast）的细胞谱系。而且，我们也能找到各个细胞类型中所特异的转录因子。研究人员们指出，这揭露了胚胎早期发育所需的一些关键分子信息。
▲图中是一个17天的灵长类胚胎，不同颜色表明不同细胞分化里的标志物（图片来源：Weizhi Ji/Kunming University of Science and Technology）
“胚胎早期发育是一个‘黑匣子’，我们提供了首个对此的观察，”本研究的通讯作者之一Juan Carlos Izpisúa Belmonte教授说道：“现在我们能观察不同胚胎阶段里细胞如何发育，以及它们需要哪些因子。这能让我们更好理解如何产生不同的细胞与组织。”
“为了了解灵长类动物的原肠胚形成期，我们3年前就在中国开启了猴子胚胎的培养实验。这支团队在非人灵长类动物的系统研究上有着长期的经验，而且有着譬如体外受精平台等成熟的生殖研究体系，” 季维智教授评论道：“我们成功地达成了我们的目标。这能为过去所不清楚的人类着床后发育过程带来新的洞见。”
放眼未来，该体系的建立不仅能带来胚胎早期研究的一个重要工具，还能够通过这些以往做不到的研究发现，找到早期胚胎发育里的关键。这有望让我们更好地理解灵长类动物发育的过程，探索相关疾病背后的奥秘。
背景
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，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。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）。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。
对于胚胎发育
胚胎发育一词通常是指从受精卵起到胚胎出离卵膜的一段过程。而无脊椎动物胚胎学家则常把其概念扩展到胎后发育直到性成熟，甚至整个生活史。
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