王红梅团队利用食蟹猴胚胎体外培养模型揭示灵长类早期神经胚发育特征

王红梅团队建立了可支持食蟹猴胚胎体外发育至受精后25天的3D长时程培养体系（pIVC），揭示了灵长类胚胎中晚期原肠运动和早期神经胚发育的核心特征，包括神经管形成、区域化发育及中内胚层分化等关键事件。研究背景与意义出生缺陷（如神经管畸形）与早期胚胎发育异常密切相关，研究胚胎发育机理对提升疾病诊疗效率至关重要。人类胚胎研究受伦理限制（体外培养需在受精后14天终止），非人灵长类（如食蟹猴）因与人类发育特征高度相似，成为理想模型。此前研究已将食蟹猴胚胎体外培养至20天，但中晚期原肠运动和早期神经胚发育特征仍未知。3D长时程培养体系（pIVC）的构建体系优化：比较2D（Ibidi-2D、M-2D）和3D（M-3D）培养体系，发现3D体系更支持胚体发育（胚外组织生长受限，胚体结构显著发育）。关键改进：基于食蟹猴胚胎植入子宫浅表的特点，仅在受精后10-12天添加Matrigel（人类胚胎需9-14天连续添加），优化后33.7%的胚胎可发育至25天。体系命名：该体系被命名为“3D长时程培养体系（pIVC）”，支持胚胎发育至神经胚形成关键阶段。早期神经胚发育特征揭示神经外胚层特化：受精后20-22天，胚体背侧中部检测到OTX2+/OCT4+或OTX2+/SOX2+细胞，提示外胚层细胞分化。22-25天，PAX3和PAX6表达于外胚层细胞，标志神经外胚层特化；24-25天检测到神经管闭合区域。神经管区域化：神经管前部（OTX2+）、中部（PAX8+）和后部（NKX2.2+）细胞分布，提示前脑、中脑和后脑/脊髓区域化。前部神经管未闭合，后部已闭合；未闭合和已闭合神经管均表达N-CAD（不表达E-CAD），表明胚胎已完成E-CAD向N-CAD转变。神经管背腹轴分化：闭合神经管背侧（PAX3+）和腹侧（FOXA2+/NKX6.1+）细胞分布，标志顶板和底板特化。β-tubulinⅢ+/OLIG2+细胞（运动神经元祖细胞）和NKX2.2+/FOXA2+细胞（腹侧中间神经元祖细胞）特化；未闭合神经管中未检测到OLIG2和NKX2.2。其他胚层发育特征原始生殖细胞：受精后22-24天，胚胎后部腹侧检测到SOX17+/TFAP2C+/BLIMP1+细胞，提示原始生殖细胞样细胞发育。中胚层发育：腹侧检测到T+/CDX2+/OCT4+/Low或T+/TBX6+/SOX2-细胞，标志原条及其分化产物发育。T+/TBX6+/SOX2+细胞提示类神经中胚层祖细胞或前体节中胚层细胞特化。单细胞转录组数据检测到MYL7、NKX2-5、HAND1和GATA4共表达细胞，提示心脏中胚层样细胞存在。内胚层发育：检测到OTX2+/FOXA2+/SOX17+细胞，标志定型内胚层和卵黄囊分化。单细胞多组学验证转录组特征：pIVC胚胎单细胞转录组与体内正常胚胎高度相似，重现了体内发育特征。DNA甲基化：胚胎组织甲基化水平（~75%）高于胚外组织（~50%），与小鼠和人类胚胎特征一致。染色质可及性：分析结果支持pIVC胚胎细胞类型与体内发育阶段匹配。研究价值与展望填补领域空白：首次揭示灵长类胚胎中晚期原肠运动至早期器官发育阶段的形态、细胞和分子特征。技术平台意义：为灵长类胚胎体外培养和基于干细胞的“类胚胎”模型提供参考体系。为人类早期胚胎发育机制研究及发育异常相关疾病（如神经管畸形）的病理研究提供技术平台。