季维智院士团队合作陆续发表7篇Cell/Nature/Science

胚胎发生需要胚胎和胚胎外组织之间的和谐协调。虽然胚胎干细胞和胚胎外干细胞已经产生，但它们是在不同的培养条件下生长的。

2023年12月4日，得克萨斯州西南医学中心吴军、昆明理工大学谭韬、季维智及中国农业大学魏育蕾共同通讯在Cell在线发表题为“Dissecting embryonic and extraembryonic lineage crosstalk with stem cell co-culture”的研究论文，该研究利用激活FGF、TGF-b和WNT通路的统一培养条件，成功地从小鼠和食蟹猴囊胚的三种基础组织中获得了胚胎干细胞(FTW-ESCs)、胚胎外内胚层干细胞(FTW-XENs)和滋养细胞干细胞(FTW-TSCs)。

这种方法促进了胚胎干细胞和胚胎外干细胞的共培养，揭示了胚胎外内胚层细胞对多能细胞的生长抑制作用，部分通过细胞外基质信号传导。此外，跨物种分析发现了共同的和独特的转录因子和调控FTW-XENs的途径。胚胎和胚胎外干细胞共培养策略为开发更真实的胚胎模型和设计更发育相关的分化方案提供了有希望的途径。

另外，2023年5月11日，昆明理工大学谭韬，陈永昌，季维智，中国人民解放军总医院刘兵及德克萨斯大学西南医学中心吴军在Cell在线发表题为“Ex utero monkey embryogenesis from blastocyst to early organogenesis”的研究论文，为了解决这一问题，该研究开发了一种嵌入式3D培养系统，可以在受精后的25天内延长食蟹猴胚胎的体外培养时间。形态学、组织学和单细胞RNA测序分析表明，体外培养的猴子胚胎在很大程度上再现了体内发育的关键事件。通过这个平台，研究人员能够描绘出猴子神经诱导、侧板中胚层分化、卵黄囊造血、原始肠道和原始生殖细胞样细胞发育的谱系轨迹和遗传程序。该研究开发的嵌入式3D培养系统为从囊胚到早期器官发生的猴子胚胎生长和灵长类动物胚胎体外发生的研究提供了一个强大的可复制平台。

2021年4月15日，昆明理工大学（第一单位），Salk生物研究所等多单位合作，谭韬，季维智，牛昱宇，吴军及Juan Carlos Izpisua Belmonte共同通讯在Cell在线发表题为“Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo”的研究论文，该研究探索了离体培养的食蟹猴（Macaca fascicularis）胚胎中人扩展多能干细胞（hEPSCs）的嵌合能力。该研究证明hEPSCs生存，增殖，并在猴子胚胎内植入后和植入后早期生成了几个细胞谱系。该研究还发现了种间串扰背后的信号事件，这可能有助于塑造嵌合胚胎内人和猴细胞的独特发育轨迹。这些结果可能有助于更好地理解人类的早期发育和灵长类动物的进化，并开发出改善人类进化论的物种进化策略。

2019年12月12日，昆明理工大学季维智及李天晴共同通讯在Nature在线发发表题为“A developmental landscape of 3D-cultured human pre-gastrulation embryos”的研究论文，该研究报告一个三维（3D）胚泡培养系统，它可以通过原始条纹（primitive streak anlage，PSA）使人胚泡发育。这些3D胚胎模仿体内的发育标志和3D结构，包括胚盘，羊膜，基底膜，初级和灵长类独特的次级卵黄囊，前后极性形成和PSA。使用单细胞转录组分析，研究人员描述了上皮细胞，原始内胚层和滋养细胞分离的调控网络。与上皮细胞相比，羊膜上皮细胞显示独特和特征性的表型。植入后，特定的途径和转录因子触发细胞滋养细胞，绒毛外滋养细胞和合体滋养细胞的分化。外胚层在植入时经历多能性转换并维持其转录组，直到由不同的多能性因子驱动的PSA产生。使用3D培养方法，研究人员阐明了人类胚胎发生过程中的分子和形态发生发展态势。总的来说，该研究揭示了妊娠前人类胚胎的分子和形态发生发展态势。这些数据提供了重要的见解，可以更好地了解人类PSC的多能性并揭示干细胞的自我更新和分化过程，并将为将来提高体外受精成功率的策略提供参考。

2019年10月31日，昆明理工大学牛昱宇，季维智，谭韬及SALK研究所Juan Carlos Izpisúa Belmonte共同通讯在Science发表题为“Dissecting primate early post-implantation development using long-term in vitro embryo culture”的研究论文，该研究建立了一个培养系统，能够在长达20天的时间内在体外培养食蟹猴的胚胎。培养的胚胎经历了重要的灵长类动物发育阶段，包括谱系分离，双层椎间盘形成，羊膜和卵黄囊空化以及原始生殖细胞样细胞（PGCLC）分化。单细胞RNA测序分析揭示了原始内胚层，滋养外胚层，表皮细胞谱系和PGCLC的发育轨迹。研究结果揭示了在植入后早期与人类发展可能相关的关键的发育事件和非人类灵长类动物胚胎发生的潜在复杂分子机制。

2017年5月18日，昆明理工大学灵长类转化医学研究院、云南省灵长类生物医学重点实验室季维智，陈永昌团队和同济大学医学院孙毅团队合作在Cell在线发表题为“Modeling Rett Syndrome Using TALEN-Edited MECP2 Mutant Cynomolgus Monkeys”的研究论文，该研究报告了TALEN编辑的MECP2突变食蟹猴的详细基因型和表型，作为神经发育障碍Rett综合征(RTT)的模型，这是由人类MECP2基因的功能丧失突变引起的，雄性突变猴在胚胎时是致命的。通过一系列的行为分析，包括灵长类独有的眼球追踪测试，结合核磁共振成像的大脑成像，该研究发现了一系列与RTT临床表现相似的生理、行为和结构异常。此外，血液转录组分析显示，突变猴子在免疫基因失调方面与RTT患者相似。综上所述，猴子和患者在表型和/或内表型上的明显相似性表明，基因编辑的RTT原始猴将对RTT的疾病机制研究以及潜在治疗干预措施的开发具有价值。

2014年2月13日，南京大学黄行许、南京医科大学沙家豪、云南省灵长类生物医学重点实验室季维智合作在Cell在线发表题为“Generation of gene-modified cynomolgus monkey via Cas9/RNA-mediated gene targeting in one-cell embryos”的研究论文，该研究将CRISPR/Cas9系统应用于猴子基因组。通过将Cas9 mRNA和sgRNAs共注射到单细胞期胚胎中，成功地实现了食蟹猴基因的精确靶向。该研究还发现，该系统可以在一步中同时破坏两个靶基因(Ppar-γ和Rag1)，综合分析没有发现脱靶突变。因此，将Cas9 mRNA和sgRNAs共同注入单细胞期胚胎是一种高效、可靠的基因修饰食蟹猴繁育方法。

一个单细胞受精卵如何转变成一个具有完全不同细胞表型的生物体是生物学中的一个基本问题。在哺乳动物中，胚胎发生伴随着多能性的建立和丧失，这是一种短暂的特性，使胚胎外胚层(EPI)细胞能够在成年生物体中产生所有细胞。多能EPI细胞可以通过改变培养条件在体外维持多能干细胞(PSC)状态(例如，初始、形成和启动)。动态PSC状态具有独特的分子和功能特征，为探索早期哺乳动物发育提供了重要的体外模型，并为再生医学提供了重要的前景。

尽管PSCs前景光明，但它们在与体内条件明显不同的细胞培养中得以维持。一个显著的区别是在培养的PSCs中不与胚胎外细胞相互作用。因此，仅PSCs模型会受到几种潜在限制其潜力的培养产物的影响，例如，不同步和无组织的分化以及不受约束的生长。此外，尽管胚胎外组织在原肠形成(胚胎模式)和胎儿发育阶段(胎儿生长的营养、呼吸和排泄支持)的功能是众所周知的，但它们如何与原肠形成前EPI细胞沟通仍是未知的。

机理模式图（图源自Cell）

胚该研究从小鼠和食蟹猴(简称“猴”)囊胚的胚胎和胚胎外组织中获得了早期着床后和原胚前干细胞。这种情况被称为FTW，激活FGF、TGF-β/Smad和WNT/β-catenin信号通路，在独立培养和共同培养中培养有利于形成样胚胎干细胞(ESCs)、胚胎外内胚层干细胞(XENs)和滋养层干细胞(TSCs)自我更新的宽松微环境，从而为解剖它们的直接交流打开了大门。该研究不仅为胚胎和胚胎外组织之间互作机制解析提供了新的范式，也有助于人们深入理解早期胚胎发育的复杂调控模式。

美国得克萨斯州西南医学中心终身教授吴军、省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室/昆明理工大学灵长类转化医学研究院谭韬/季维智，中国农业大学生物学院魏育蕾为该论文共同通讯作者；中国农业大学生物学院魏育蕾，昆明理工大学省部共建非人灵长类生物医学国家重点实验室/灵长类转化医学研究院张娥、慈百全，中国科学院动物研究所于乐谦为本论文的共同第一作者。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01225-4