Eomes调控小鼠胚胎外中胚层分化：揭示卵黄囊与尿囊形成的分子机制

本研究揭示了转录因子Eomes在调控小鼠胚胎外中胚层(ExEM)分化中的关键作用。研究人员通过建立胚胎干细胞(ESC)体外分化模型，结合体内嵌合体实验，发现Eomes特异性调控卵黄囊(YS)谱系形成而对尿囊(allantois)发育非必需，同时揭示了Eomes与Brachyury(T)在ExEM分化中的互补功能。该研究为理解胚胎外组织发育的分子机制提供了新见解，并为相关发育异常疾病研究提供了重要模型。

　　

在哺乳动物胚胎发育过程中，胚胎外中胚层(extraembryonic mesoderm, ExEM)的分化是确保妊娠成功的关键环节。这些细胞起源于原条后部，迁移形成卵黄囊(yolk sac, YS)和尿囊(allantois)等重要结构。YS是早期造血和血管发生的主要场所，而尿囊则发育形成脐带和胎盘血管。尽管对胚胎内中胚层分化的调控网络已有较多研究，但控制ExEM多样化的分子机制仍不清楚。特别是，YS和尿囊这两种胚胎外组织虽然源自共同的前体细胞，却表现出显著的空间和功能差异，这种差异是如何在分子水平上被精确调控的，一直是发育生物学领域的重要问题。

剑桥大学和牛津大学的研究团队通过创新性地结合胚胎干细胞(ESC)体外分化系统和体内模型，揭示了T-box转录因子Eomesodermin(Eomes)在ExEM分化中的关键作用。研究发现Eomes特异性调控YS谱系的形成，而对尿囊发育非必需，同时发现Eomes和Brachyury(T)在ExEM分化中具有互补功能。这项研究不仅阐明了胚胎外组织发育的分子机制，还为相关发育异常疾病研究提供了重要模型，相关成果发表在《Developmental Cell》上。

研究人员主要采用了四种关键技术方法：1)建立模拟ExEM发育的胚胎体(EB)体外分化系统；2)应用10x Genomics单细胞多组学技术(RNA-seq+ATAC-seq)构建时空分辨的基因表达和染色质可及性图谱；3)开发Eomes条件性降解的ESC系(EomesmCherry-degron)进行功能研究；4)通过ESC-胚胎嵌合体实验验证体内功能。这些方法的组合应用为研究提供了从体外到体内、从分子到功能的全面证据。

EB分化系统重现ExEM亚型形成
研究首先建立了一个高效的ESC分化系统，通过单细胞多组学分析发现，EB分化能产生与体内发育相对应的YS和尿囊细胞类型。系统在3-5天内依次产生原始条(primitive streak, PS)、早期中胚层(Early-Mes#1/2)、后部中胚层(posterior mesoderm)、造血内皮前体(hematoendothelial, HE)等细胞群体，最终形成包含血细胞前体、内皮细胞、间充质细胞和尿囊细胞的复杂体系。轨迹分析揭示了YS和尿囊两条主要分化路径，它们在早期中胚层阶段(day 3.5)就出现谱系分叉。

Eomes特异性调控YS谱系形成
通过Eomes条件性降解系统，研究发现Eomes缺失导致YS谱系细胞显著减少，而尿囊相关细胞类型不受影响。多组学分析显示，Eomes通过激活Mixl1、Mesp1和关键调控因子Etv2等基因网络，在早期后部原条细胞中建立YS分化倾向。有趣的是，Eomes缺失导致尿囊相关基因(Cdx2、Nodal、Dlk1等)提前激活，提示Eomes可能通过抑制尿囊分化程序来确保YS谱系特化。

体内模型验证Eomes功能特异性
为验证体外发现的可靠性，研究人员构建了Eomes敲除(KO)ESC-胚胎嵌合体。单细胞转录组分析显示，Eomes-KO细胞能贡献到尿囊和尿囊内皮，但完全缺失YS内皮和血细胞前体。免疫荧光成像进一步证实Eomes-KO细胞可整合到尿囊的Pecam1+内皮中，但在YS中完全缺失，这与体外结果高度一致。

Eomes与T的互补功能
通过比较Eomes-KO和T-KO嵌合体，研究发现T单独缺失不影响YS或尿囊形成，而双敲除(Eomes/T dKO)则完全阻断所有ExEM的形成。这表明在尿囊发育中，T可以补偿Eomes的功能缺失。多组学分析发现，Eomes缺失时T表达上调，且60%的染色质可及性增加区域与T结合位点重叠，揭示了这两种T-box因子在ExEM分化中的互补调控机制。

这项研究首次系统阐明了Eomes在ExEM多样化中的核心作用，揭示了YS和尿囊这两种胚胎外组织分化的不同分子调控机制。研究发现Eomes通过建立特定的基因表达和染色质状态，在早期后部原条细胞中决定YS谱系命运，同时抑制尿囊分化程序。而Eomes和T的互补功能则确保了在胚胎发育过程中ExEM的稳健形成。这些发现不仅丰富了我们对胚胎发育调控网络的认识，也为理解相关出生缺陷提供了分子基础。此外，研究所建立的EB分化系统能够高效产生尿囊中胚层，这为未来研究胎盘发育和功能、脐带血管形成等过程提供了重要工具模型，在再生医学领域具有潜在应用价值。