卵子受精后不久，转录沉默的基因组重新激活，大量基因开始表达，此过程被称为合子基因组激活（Zygotic genome activation，ZGA），其是早期胚胎发育中最重要的生物学事件之一。由于人类早期胚胎发育研究的伦理和实验手段限制，人类ZGA的启动机制以及异常ZGA对人类胚胎发育的影响尚不清楚。因此，建立人类卵裂期胚胎的干细胞模型以在实验室中重现人类生命的产生和发展过程，这对于理解人类早期胚胎发育规律和出生缺陷等疾病的发生机理，具有重要意义。

王继厂课题组近期在小鼠全能干细胞领域取得了突破性进展，通过表观重编程，成功地将“原始态”小鼠胚胎干细胞转变为与二细胞胚胎高度相似的全能干细胞。基于上述工作，他们也致力于实现人类多能干细胞向全能性状态的转变。近年来的研究表明，“原始态”人类多能干细胞在长期培养过程中，会产生基因组不稳定、基因印记异常、分化潜能低下等问题。这些问题表明目前的“原始态”人类多能干细胞与人类植入前上胚层细胞存在较大差异，因此仍需继续优化培养条件以建立更加稳定、更高质量、更强分化潜能的新型干细胞系，为建立类似人类早期卵裂球的全能性细胞，奠定基础。

为了建立与人类植入前上胚层细胞更相似的干细胞系，王继厂课题组首先利用特异性标记干细胞多能态的荧光报告系统，通过小分子化合物和细胞因子筛选，建立了一种新的培养体系，由此获得一种新型人类多能干细胞系。该干细胞系具有与人类植入前上胚层细胞高度相似的分子特征，因此被命名为人类植入前上胚层干细胞（human preimplantation epiblast-like stem cell，prEpiSC）。prEpiSC可以稳定培养超过80代，同时绝大多数细胞仍保持着正常核型，表明其具有良好的稳定培养特性。此外，prEpiSC具有直接向外、中、内三胚层分化的潜能。

令人意外的是，一些ZGA相关基因在prEpiSC中激活，并且它们的表达水平明显高于其他类型的“原始态”人类多能干细胞。该团队进一步研究发现，在prEpiSC中存在一小群人类八细胞胚胎样细胞（8CLC）。作者利用人类八细胞胚胎特异性转录因子LEUTX的转录调控元件，设计了一个特异性标记人类八细胞胚胎的荧光报告系统（8C::mCherry），并利用该系统对这些稀有的8CLC进行富集和分析，证实它们高表达许多ZGA相关基因。

图：人类八细胞胚胎特异性荧光报告系统的建立和8CLC培养条件的优化

随后，作者又对8CLC培养条件进行了优化。在此优化的培养体系中，大量的prEpiSC转变成为8CLC，并且可在体外维持更长时间。这些由prEpiSC转变而来的8CLC被命名为化合物诱导型8CLC（ci8CLC）。相较于prEpiSC，ci8CLC高表达大量ZGA相关基因和八细胞胚胎特异性反转录转座子，同时低表达多能性基因；全基因组转录图谱的分析比较显示，ci8CLC与人类囊胚中的内细胞群明显不同，而与人类八细胞胚胎更为相似。

尤为重要的是，研究团队证实8CLC可以自发形成典型的人类囊胚结构，并且该过程较好地再现了人类植入前胚胎发育中的细胞紧密化、极化和谱系分化等关键生物学事件。与人类囊胚相似，8CLC形成的类囊胚可体外建系成为滋养层干细胞和多能干细胞。

8CLC的发现和维持培养，不仅有助于加深我们对人类干细胞多能性调控网络的理解，而且为研究人类早期胚胎发育提供了一个非常可靠的细胞模型。这项研究不仅为解析人类早期胚胎发育规律提供了新的模型和思路，而且其制备的prEpiSC和8CLC具有非常广泛的的临床应用前景，可应用于干细胞治疗、器官再生、生殖健康等。

相关论文信息：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00780-X