人类胚胎发育始于受精，但要真正形成出有头有尾、有背有腹的身体结构，以及各种器官的前体细胞，则必须经历胚胎发育中最为关键的一次“战略部署”——原肠运动。这一过程始于发育第三周初期出现的原条（受精后第14天开始，沿人类胚盘尾端中线形成的狭缝状结构）。然而，尽管原肠运动对器官发生如此重要，科学家对于人类胚胎中原条究竟如何被诱导启动，以及原肠运动如何在极其精确的时空调控下有序推进，至今仍所知甚少。这不仅是发育生物学最古老的谜题之一，也是阻碍我们理解器官再生以及先天性缺陷等临床问题的核心知识空白。这也驱使着研究者不断向人类胚胎发育的“黑箱”深处探寻。

在中国科学院B类先导专项的支持下，中国科学院动物研究所于乐谦团队与合作者团队系统解析了不同胚外组织在原条样结构形成过程中的互作与调控。基于对3D人类数字胚胎（Cell 2024）中发育调控信号的深入挖掘，结合胚胎工程学思路，构建了人类胚盘样原肠模型（disc-Gastruloid），世界首次在人工胚胎中精准模拟了原条结构的形成，在体外重现了人类原肠运动发生过程。为研究人类胚胎植入后原肠运动提供了全新实验方案。相关工作于2026年6月24日在 Cell 杂志上正式发表。

生命早期发育并非胚胎细胞独立完成，胚胎外组织（即不会留存于分娩后胎儿体内的细胞类型）同样不可或缺。在人类胚胎植入前后，滋养层、羊膜、胚外中胚层等胚外组织依次出现，与上胚层细胞共同构建植入后早期胚胎的基本结构。越来越多的证据表明，这些胚外组织不仅提供结构支撑和营养供给，还可能通过细胞间信号交互，主动参与胚胎细胞命运决定及空间组织的建立。然而，当前整合型干细胞胚胎模型多依赖细胞自发聚集与分化，谱系成分混杂，难以精准区分并解析不同胚外细胞在原条形成中的特异功能。为此，研究团队首次从原肠时期胚胎中纯化出三类胚外谱系细胞，并系统评估了各谱系对原条发生过程的不同作用。

胚外细胞的空间协同调控原肠运动细胞

研究发现，类羊膜细胞（AMLCs）能够有效诱导胚胎干细胞（ESCs）产生T阳性细胞，单细胞转录组分析显示，共培养体系中ESCs不仅出现明显的T阳性细胞群，还伴随TBXT、MIXL1等原肠运动相关基因的上调。与之形成鲜明对比的是，滋养层干细胞（TSCs）显著抑制T阳性细胞的出现，即便加入WNT通路激活剂CHIR99021，TSCs仍能维持这一抑制作用，并促使更多细胞保持未分化状态，提示其可能参与限制原条样细胞的空间分布范围。而胚外中胚层干细胞（ExMSCs）则扮演了截然不同的角色——它们本身虽不直接诱导ESCs表达T，却能定向吸引已进入T阳性及上皮–间充质转化（EMT）状态的原条样细胞发生迁移，从而在空间组织层面发挥引导功能。

重建人类胚盘，体外再现原条动态发生

在人类胚胎发育过程中，细胞命运的建立不仅依赖于分子信号的精确调控，也高度受制于空间位置与组织构型。着床后胚胎中，胚内上胚层与羊膜、滋养层及胚外中胚层等胚外谱系共同构成复杂的时空微环境，为原条形成与原肠运动的启动提供关键调控基础。

基于对胚外谱系功能的重新认知，研究团队借助胚胎工程学策略，在体外重构了原条形成时期的胚内-胚外空间关系。通过模拟胚盘的物理生理状态，成功构建出与人类真实胚胎中胚盘结构高度相似的体外类胚盘模型，命名为Disc-Gastruloid。经72小时共培养，该模型的胚盘样结构中逐渐出现沟槽状类原条样区域，区域内细胞间连接减弱，并特异性表达T/Brachyury、MIXL1等原条及原肠运动相关标志物，清晰再现了天然胚胎中伴随原肠运动过程中细胞迁移与命运转变的关键事件。Disc-Gastruloid模型通过重构胚外细胞在空间与分子层面的协同作用，在体外模拟了人类原条形成的核心过程，为研究早期胚胎发育的生理与物理调控机制提供了一个全新路径。

体外重建头尾背腹轴向发生，实现早期器官原基形成

为了进一步探索了 Disc-Gastruloid 是否具备持续发育潜能，将胚盘样结构分离并进行低吸附悬浮延长培养，研究发现，超过 80% 的 Disc-Gastruloid 能够进一步发育，并自发形成伸长、不对称、弯曲且多层化的三维胚胎样结构。该结构中可观察到 SOX2？ 神经管样结构、SOX17？ 内胚层原始肠管样结构（肺、肝、胰等器官前体细胞），以及共表达 SOX2 和 T 的神经中胚层祖细胞（NMP）样区域，并呈现类似早期胚胎前后轴和背腹轴的空间分布特征。部分结构前端还出现共表达 ISL1 和 cTnT 的心肌祖细胞样区域，形成原始心腔并表现出自主节律性收缩。单细胞转录组分析显示，延长培养后的 Disc-Gastruloid 包含 14 类细胞群，其主要细胞类型与人类着床后21天自然胚胎中的对应细胞具有较高相似性。

研究结果表明，Disc-Gastruloid 虽与人类自然胚胎仍存差异，但能够在体外进一步发育为高度类似早期人类胚胎的复杂结构，为研究原肠运动以及早期器官形成与病理异常机制，以及体外大规模制备用于再生医学的器官种子细胞提供了全新路径。

该研究得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、青年科学基金项目（A类）及中国科学院动物研究所科研基金等项目的资助。中国农业大学魏育蕾教授与中国科学院动物研究所于乐谦研究员为该论文通讯作者，博士后沈巧艳、博士生张鑫、博士后陈乃馨、硕士生闫晓迪、博士生任泓安为该论文的共同第一作者。

 文章链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674%2826%2900645-8

图1： Disc-Gastruloid 模型示意图

图2：体外空间重构胚盘样结构并诱导类原条样形态发生

图3：延长培养的 disc-Gastruloid 形成具有轴向不对称的类原肠胚结构及各器官前体细胞