生命第一次“定方向”如何实现―― 我国科研团队构建胚盘样类原肠模型，揭示胚外细胞协同调控人类原条形成机制

Disc-Gastruloid 模型让人类早期发育关键阶段从“难以观察”迈向“可以解析”，为认识生命起点提供了新的实验窗口。

导读

人体从一个受精卵发育为具有复杂器官和组织的完整个体，需要经历一系列精确而有序的发育过程。其中，原条（Primitive Streak）形成是人类胚胎发育的重要转折点，它标志着胚胎身体轴向开始建立，并启动三胚层分化，为后续器官形成奠定基础。然而，由于这一阶段发生在人类胚胎发育早期，受到伦理规范和实验条件限制，科学家长期难以直接研究其形成机制。近日，北京干细胞与再生医学研究院联合中国科学院动物研究所等单位在《Cell》期刊上发表研究成果，利用人多能干细胞建立了能够稳定模拟人类原条形成的 Disc-Gastruloid（胚盘样类原肠模型），并系统揭示了类羊膜细胞、滋养层干细胞和胚外中胚层干细胞在原条形成中的协同作用。该研究为解析人类早期发育规律提供了新的实验体系，也为发育生物学和再生医学基础研究提供了重要研究工具。

为什么人类生命最初几天始终难以“看清”？

从一个受精卵发育成拥有数十万亿细胞的人体，是生命科学中最复杂的过程之一。而在这一过程中，有一个持续时间很短却决定后续发育方向的重要事件——原条（Primitive Streak）形成。

原条的出现标志着胚胎身体轴向开始建立，并启动三胚层形成，为神经系统、心脏、肌肉以及其他器官的发育奠定基础。正因为如此，原条形成被认为是人类早期发育的重要标志，也是认识生命起点必须回答的重要科学问题。

然而，这一关键阶段长期难以开展深入研究。由于人类胚胎早期研究受到伦理规范限制，科学家能够直接观察并连续研究这一过程的机会十分有限。虽然研究人员长期借助小鼠等模式动物探索相关规律，但不同物种在早期发育过程中的结构和调控机制存在差异，动物研究结果难以完全解释人类自身的发育过程。

近年来，利用人多能干细胞构建体外胚胎模型，为研究人类早期发育提供了新的技术路径。这类模型使过去难以直接研究的人类早期发育过程逐渐具备了实验研究条件。近年来，国际上相继建立了多种人类胚胎样模型，但如何稳定重现原条形成这一关键发育事件，仍是该领域持续探索的重要方向。

为什么已有模型始终难以跨越这一关键阶段？研究团队将目光投向了长期以来相对容易被忽视的胚外细胞。这些细胞虽然未来不会发育成人体组织，却始终伴随着胚胎早期发育。它们是否不仅承担支持作用，还参与调控原条形成？不同类型胚外细胞之间是否存在协同机制？这些问题正是本项研究希望回答的核心科学问题，也是本次发表于《Cell》的研究论文的核心切入点。

Part 1

重建人类生命第一次

“定方向”的关键一步

这项研究最大的创新，并不仅仅在于建立了一种新的体外胚胎模型，而是在同一实验体系中系统解析了三类胚外细胞在原条形成过程中的协同作用，为理解人类生命早期发育提供了新的实验依据。

过去十余年，体外胚胎模型不断发展，科学家已经能够利用人多能干细胞在体外模拟人类胚胎部分发育过程。然而，大多数模型虽能形成部分胚胎样结构，却难以稳定重现原条形成这一关键发育事件。这意味着，模型通常只能模拟早期发育的部分过程，却难以完整复刻胚胎身体轴向开始建立的重要阶段。

研究团队认为，这一局限可能不仅源于胚内细胞本身，更与模型缺少真实胚胎发育过程中发挥作用的胚外细胞有关。

在人类早期胚胎中，除未来形成各种组织器官的胚内细胞外，还存在多种胚外细胞。传统观点更多关注其在胎盘、羊膜等胚外组织形成中的作用，而近年来越来越多研究提示，胚外细胞还可能通过细胞间信号交流参与调控胚胎早期发育。只是，在人类原条形成过程中，不同类型胚外细胞各自发挥怎样的作用，仍缺乏直接实验依据。

围绕这一问题，研究团队重新设计了模型体系，在人多能干细胞构建胚胎样结构的基础上，引入类羊膜细胞、滋养层干细胞和胚外中胚层干细胞三类胚外细胞，建立了同时包含胚内与胚外细胞的 Disc-Gastruloid 模型。

实验结果表明，当三类胚外细胞共同参与发育时，模型能够稳定形成具有原条特征的结构，其整体发育过程更加接近人类早期胚胎。研究结果说明，胚外细胞不仅参与模型构建，还直接参与了原条形成这一关键发育过程。

随后，研究团队通过功能验证实验进一步解析三类胚外细胞的作用。结果显示，它们并非承担相同功能，而是在不同阶段各自发挥作用，并通过持续的信息交流形成协同调控网络。

研究结果显示，三类胚外细胞在原条形成过程中发挥着不同但相互协同的作用。

类羊膜细胞首先参与原条形成相关调控，参与形成有利于原条发生的局部微环境。

滋养层干细胞参与限定原条形成的空间范围，并持续与周围细胞保持信息交流。

胚外中胚层干细胞参与调控细胞迁移，并与另外两类胚外细胞共同维持原条形成过程中细胞间的协同作用。

进一步实验发现，当模型中缺失任意一种胚外细胞，或干扰其正常功能时，原条形成能力都会明显下降；只有三类胚外细胞共同存在，并保持正常相互作用时，模型才能稳定重建这一关键发育过程。

结合单细胞转录组测序等技术，研究团队进一步分析了不同细胞之间的动态变化。结果显示，原条形成并非单一信号作用的结果，而是多个细胞群体在不同发育阶段持续相互作用、协同调控的过程。三类胚外细胞共同参与胚胎身体轴向建立及三胚层形成过程，构建了更加接近真实人类胚胎发育过程的实验体系。

对于发育生物学而言，这项研究的重要意义不仅在于建立了能够稳定模拟人类原条形成的体外模型，更在于首次在同一实验体系中系统解析了三类胚外细胞在这一关键发育事件中的协同作用，为理解人类早期发育规律提供了新的实验依据，也为进一步研究生命起始阶段复杂的细胞互作机制提供了新的研究平台。

Part 2

应用前景：

为人类早期发育研究提供新工具

这项研究首先是一项基础研究成果，其核心价值在于建立了更加接近真实人类胚胎发育过程的实验模型，为研究长期难以直接观察的人类早期发育提供了新的技术平台。

研究结果表明，Disc-Gastruloid 模型能够稳定重现原条形成这一关键发育事件，并较为完整地呈现胚内与胚外细胞之间的相互作用。因此，研究人员可以在体外持续观察不同细胞类型的动态变化，进一步分析细胞命运决定、组织形成以及发育信号调控等过程，为阐明人类早期发育规律提供新的实验体系。

人类早期发育异常与部分出生缺陷、妊娠失败以及发育相关疾病密切相关，但由于关键发育阶段难以直接开展研究，这类发育异常的发生机制仍有许多未知。体外胚胎模型的发展，有望为相关基础研究提供更加可靠的实验平台，帮助研究人员进一步探索遗传因素、发育信号以及细胞间相互作用对人类早期发育的影响。

与此同时，这一模型也为干细胞生物学研究提供了新的研究工具。通过模拟细胞在早期发育过程中的命运变化及组织形成规律，研究人员有望进一步研究干细胞分化规律，为再生医学相关基础研究积累更多实验依据。

需要指出的是，论文讨论部分主要强调的是该模型在基础研究中的应用价值，上述潜在应用仍需要进一步实验验证，其科学意义首先体现在促进人类早期发育机制研究，并非直接面向临床应用。

Part 3

总结与展望：

向理解生命起点迈出重要一步

原条形成是胚胎建立身体轴向和启动三胚层分化的重要阶段，也是人类早期发育研究中的关键科学问题。此次发表于《Cell》的研究，通过构建包含类羊膜细胞、滋养层干细胞和胚外中胚层干细胞的 Disc-Gastruloid 模型，系统解析了三类胚外细胞在原条形成中的协同作用，为理解人类早期发育机制提供了新的实验依据。

更重要的是，这项研究进一步表明，体外胚胎模型不仅能够模拟人类胚胎部分发育过程，还可以作为解析复杂细胞相互作用的重要研究平台。随着相关模型不断完善，其有望推动人类发育生物学研究向更加精细、系统的方向发展，为探索生命早期发育规律提供持续支撑。

科研团队信息

论文题为《Reconstituting human primitive streak formation through extra-embryonic cell coordination》，于 2026 年 6 月 24 日在线发表于国际学术期刊《Cell》。

该项研究由北京干细胞与再生医学研究院、中国科学院动物研究所、中国农业大学等单位合作完成。论文第一作者为沈巧艳，通讯作者为于乐谦、魏育蕾。该研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目支持，并依托器官重建与再生全国重点实验室、畜禽生物育种全国重点实验室（中国农业大学）、分子设计育种前沿科学中心（中国农业大学）等科研平台开展，同时获得模式动物表型与遗传研究国家重大科技基础设施（猪设施）的支撑。

根据作者单位公开的信息，该研究建立了能够稳定模拟人类原条形成的体外模型，为解析人类早期发育机制提供了新的实验体系。相关研究成果也为怀柔科学城正在建设的“人类器官生理病理模拟装置（HOPE）”大科学装置提供了重要的理论基础和技术积累。

来源：怀柔科学城城市客厅新媒体中心 李垚萱

编辑：柯欣

审核：王汝霖

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