《Cell Stem Cell》无转基因小鼠胚胎模型构建新突破：仅用naive ESCs/iPSCs实现原肠胚形成后全胚胎体外重建

本研究突破性地建立了不依赖外源基因转染的小鼠全胚胎模型(TF-SEMs)，通过信号通路调控首次实现仅用naive ESCs/iPSCs同时诱导形成原始内胚层(PrE)和滋养外胚层(TE)，成功构建发育至E8.5-E8.75阶段、具有器官原基的完整胚胎模型，为研究哺乳动物早期发育提供了全新工具。

　　

在发育生物学领域，如何重建哺乳动物胚胎发育全过程一直是科学家们追逐的圣杯。传统的小鼠胚胎模型(SEMs)构建需要分别诱导胚胎干细胞(nESCs)分化为原始内胚层(PrE)和滋养外胚层(TE)，且必须依赖外源转录因子Gata4和Cdx2的过表达，这种技术复杂性和转基因依赖性严重限制了研究应用。更关键的是，这些模型能否真实反映自然胚胎发育过程始终存在疑问。

以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的Alperen Yilmaz和Gulben Gurhan领衔的研究团队在《Cell Stem Cell》发表了一项突破性研究。他们发现通过精确调控信号通路，可以激活小鼠naive多能干细胞(nPSCs)内在的胚外发育潜能，首次实现了不依赖转基因(non-transgenic)的小鼠全胚胎模型(TF-SEMs)构建，这些模型能自主完成原肠胚形成并启动器官发生，发育至相当于自然胚胎E8.5-E8.75阶段。

研究人员采用了多组学联用的技术路线：通过小分子筛选优化出能同时维持多能性和诱导胚外分化的培养条件(AC培养基)；建立四阶段诱导方案(MLPM1/MLPM2/MLMM/AM)；利用单细胞转录组测序(scRNA-seq)解析细胞命运转变；开发电子控制的旋转培养系统实现胚胎体外长期发育。特别值得注意的是，研究使用了健康成人血清(HAS)和脐带血清(HUS)构建培养体系，并通过免疫缺陷小鼠验证发育潜能。

研究结果部分，四个关键发现尤为突出：

"Transgene-free induction of mouse nESC toward extra-embryonic lineages"显示，优化的小分子组合(CHIR-REPSOX-AM580-NaB)可在4天内诱导nESCs同时形成PrE(PDGFRα⁺)和TE(CDX2⁺)细胞群，scRNA-seq证实这些细胞具有与体内E3.5-E4.5阶段相当的分子特征。

"scRNA-seq-based validation of induced extra-embryonic lineages"通过伪时序分析证明，PrE和TE细胞直接来源于多能干细胞而非2C样细胞，且未检测到桑椹胚样细胞特征标记。

"E8.5-8.75 SEMs generated without ectopic expression of transgenes"部分显示，TF-SEMs能自主完成从E6.5卵圆柱体到E8.5器官发生的全过程，形成神经管、体节、跳动心脏等结构，效率(3.31%)显著高于转基因方法(0.8%)。

"TF-SEM-competent alternative Cdx2⁺ or Gata6⁺ naive PSCs can be stabilized in vitro"创新性地建立了能长期维持的"三潜能"干细胞(AC-MEF)，这些细胞同时表达OCT4/CDX2/GATA6，可分化为所有胚胎谱系，为胚胎研究提供了稳定细胞来源。

这项研究的意义在于：技术上，建立了首个不依赖转基因的小鼠全胚胎模型体系，效率提高5倍；理论上，揭示了小鼠naive多能干细胞具有被掩盖的胚外发育潜能；应用上，为人类胚胎发育研究、器官再生和妊娠疾病建模提供了新范式。特别值得注意的是，TF-SEMs虽然能模拟自然胚胎的关键发育事件，但仍存在心脏肥大等缺陷，这为后续优化指明了方向。正如作者指出，这种"in-aggregate"诱导策略避免了细胞混合步骤，但可能不适合特定谱系的基因操作研究，提示未来需要发展模块化的胚胎构建方法。