Dev Cell | 基于干细胞的类胚胎模型揭示环境因子对早期发育的影响

生命最初几天的发育过程，是决定个体健康与命运的关键阶段。然而，由于获取天然胚胎受限，科学家们一直难以系统研究胚胎在这一时期的发育机制以及环境因素的干预效应。

2025年8月28日，加州理工学院Magdalena Zernicka-Goetz研究团队（共同一作为Victoria Jorgensen、包敏[现温州医科大学、瓯江实验室研究员]和Sergi Junyent）在Developmental Cell发表了文章Efficient stem cell-derived mouse embryo models for environmental studies，报道了一种全新的干细胞类胚胎模型，不仅能高效模拟小鼠着床前胚胎，还能高通量研究环境因子对发育的影响，为环境风险评估和生殖健康研究提供了新工具。

现有的类囊胚模型效率低，往往无法同时形成滋养层（TE）、胚胎外胚层（EPI）和原始内胚层（PE）的正确比例，导致模型与天然胚胎差距大。研究团队利用胚胎干细胞、可诱导 GATA4 表达的胚胎干细胞以及滋养层干细胞，通过优化培养条件，构建出了高度仿真的类胚胎结构。与现有方法相比，这种被命名为“iG4-blastoids”的新模型形成效率高达八成，且具备与天然胚泡几乎一致的细胞组成和空间分布。单细胞转录组分析证实它们在分子水平上高度接近自然囊胚。值得注意的是，当研究人员去除培养基中的外源 FGF4 时，类胚胎能够分化出更接近天然状态的侵袭性滋养层，部分结构甚至在体外出现了着床后期的形态学变化。这意味着该模型不仅能够再现囊胚形成的关键过程，还具备向更复杂阶段发育的潜力。

在验证应用方面，团队选取了日常生活中最常见的几类环境因子作为切入点，包括咖啡因、尼古丁、酒精以及高低蛋白饮食。研究发现咖啡因会减少细胞数量并破坏谱系分化，尼古丁导致腔体形成受阻，酒精则明显减少内细胞团与原始内胚层细胞，而饮食氨基酸水平的变化则直接影响囊胚腔大小和细胞数。尤其是高支链氨基酸饮食能促进囊胚生长，而甲硫氨酸和亮氨酸的缺乏则会显著阻碍发育。这些结果不仅证明了模型的可靠性，更为研究环境与营养对生殖健康的作用提供了理想平台。

尽管该模型在子宫内移植后仍难以继续发育成完整胚胎，但在体外阶段，它已展现出极高的实验价值，为高通量筛查环境风险、研究胚胎早期自组织规律和探索人类生殖健康提供了全新思路。未来，随着模型进一步完善，科学家们或许能够借助它在不依赖天然胚胎的情况下，更全面地揭示环境与基因如何交织塑造生命的起点。

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2025.08.004

制版人： 十一

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