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该研究建立了从牛囊胚中高效获取牛外胚层干细胞(bXENs)的方法,证实其具备原始内胚层祖细胞特征,可调控牛扩展潜能干细胞(bEPSCs)及植入前外胚层发育,还能通过与 bEPSCs、牛滋养层干细胞(bTSCs)组装生成更接近真实囊胚的结构,为研究牛胚胎发育及辅助生殖技术提供新模型。
牛外胚层干细胞的建立及其在囊胚样结构生成中的作用
牛外胚层干细胞(bXENs)的高效获取与特征鉴定
研究利用化学组合(FGF4、BMP4、IL-6、XAV939、A83-01)从牛囊胚中实现 bXENs 的从头诱导和长期培养。经鉴定,bXENs 呈现稳定上皮形态,具有正常二倍体核型(2N=60),高表达原始内胚层标记(如 SOX17、GATA6、CTSV、FETUB 等),不表达外胚层(SOX2、OCT4)和滋养层(CDX2、GATA3)标记,且与牛早期植入前胚胎的内胚层谱系转录特征高度相似,表明其具备原始内胚层祖细胞的分子和细胞特征。
bXENs 对牛扩展潜能干细胞(bEPSCs)及植入前外胚层发育的调控
通过三维共培养模型发现,bXENs 可显著促进 bEPSCs 的增殖并维持其多能性,抑制其向类似内胚层细胞分化。在牛体外培养胚胎中添加维持 bXENs 的化学组合,能有效促进外胚层标记 SOX2+细胞比例增加,抑制内胚层标记 SOX17+细胞生成,防止外胚层退化,表明 bXENs 及其相关信号分子对牛植入前外胚层的发育具有重要调控作用。
牛囊胚样结构的优化生成
以往通过 bEPSCs 和 bTSCs 组装的牛囊胚样结构(EPT-blastoids)内胚层比例较低,而将 bXENs 与 bEPSCs、bTSCs 以 8:8:16 比例在 ACL 培养基中组装形成的 EPTX-blastoids,在形态上具有囊胚腔、外滋养层样层和内细胞团样结构,且内胚层(SOX17+)比例与真实囊胚相近,外胚层(SOX2+)比例略高。单细胞转录组分析显示,EPTX-blastoids 的细胞谱系组成和转录特征与天然囊胚高度相似,表明其更接近真实囊胚。
研究意义与展望
该研究首次建立稳定的牛外胚层干细胞系,揭示了内胚层与外胚层之间的相互作用机制,为研究牛早期胚胎发育提供了重要模型。优化的囊胚样结构生成技术有望推动牛辅助生殖技术发展,但其体内发育潜力仍需进一步验证。此外,bXENs 在嵌合体形成中的作用及内胚层与外胚层互作的分子机制尚待深入探索。