随着干细胞技术的快速发展，利用胚胎干细胞构建的类囊胚模型，为研究早期胚胎发育提供了新的实验体系。在小鼠中，研究者已成功构建可进一步发育至神经发生和早期器官发生阶段的体外胚胎模型；在人类中，也已建立能够较好模拟天然囊胚形态和分子特征的类囊胚模型；非人灵长类动物（如食蟹猴）研究亦取得重要进展，在体外较完整地重现了晚期原肠运动等关键发育事件。

在大家畜领域，类囊胚模型在解析早期胚胎发育机制、提升繁殖效率及推动种质改良方面展现出广阔的应用前景。牛和猪的类囊胚模型已先后建立。然而，由于绵羊胚胎干细胞长期稳定培养具有较大挑战，且不同物种胚胎干细胞在多能性状态、分化潜能及谱系偏向上存在显著差异，目前尚未有绵羊着床前囊胚稳定体外模型的研究报道。

近日，羊遗传改良与生物育种创新团队联合中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心刘真研究员团队，在《Cell Discovery》发表题为“Sheep blastocyst-like structure models derived from stem cells”的研究论文。该研究首次利用绵羊的胚胎干细胞构与滋养层干细胞，成功构建了绵羊类囊胚模型，所获得的类囊胚在形态学、分子特征及细胞谱系组成上高度类似天然囊胚，并通过体外培养进一步验证了其生长的潜能。

研究人员首先利用CDX2基因过表达体系，成功驱动细胞向滋养层样谱系转化，建立了功能性滋养层样细胞（iCDX2-TSCs）。通过将这些细胞与天然绵羊胚胎的滋养层进行转录组测序比较，结果显示其基因表达谱与天然滋养层高度一致。随后，研究团队对滋养层样细胞进行体外分化诱导，成功生成绵羊绒毛外滋养层细胞及合体滋养层细胞，并进一步验证了其滋养层样功能特性。通过将这些细胞与天然绵羊胚胎的滋养层进行转录组测序比较，结果显示其基因表达谱与天然滋养层高度一致（图1）。

图1: 构建CDX2过表达的绵羊胚胎干细胞 A. QPCR分析CDX2诱导过表达条件下，滋养层细胞相关基因的表达水平。B. 热图展示绵羊ESC、iCDX2-ESC 与正常绵羊囊胚的体内滋养层细胞之间的转录组的比较。C. 热图展示绵羊 ESC 与 iCDX2-ESC中多能性基因和滋养层基因的表达情况。

随后，研究团队将绵羊ESCs与iCDX2-TSCs在三维诱导体系中共同培养，并通过两步法在第6天高效诱导形成了在形态上和绵羊囊胚非常接近的类囊胚，其诱导效率高达80%（图2）。

图2: 构建绵羊的类胚胎模型 A.野生型绵羊胚胎干细胞(sESCs)与CDX2诱导型胚胎干细胞(iCDX2 sESCs)共培养生成绵羊类囊胚的流程图。B.绵羊类囊胚在不同时间点形成过程。C.类囊胚形成效率统计图。D.绵羊类囊胚与正常绵羊囊胚的形态。E.绵羊类囊胚与正常E7期绵羊囊胚的直径分析。F.绵羊类囊胚与天然E7期绵羊囊胚的X/Y轴分析。

通过结合分子和细胞生物学检测、免疫荧光分析，并与已发表的天然绵羊胚胎单细胞转录组数据进行整合分析，研究发现类囊胚的转录状态与体内对应发育阶段高度一致（图3）。此外，该体外培养体系也适用于天然绵羊囊胚，显示出其在支持胚胎体外存活及持续分化方面的广泛适用性。

图3: 绵羊的类胚胎的转录组特征 A.绵羊类囊胚中主要细胞类型。ELC：EPI 样细胞；HLC：下胚层样细胞；TLC：滋养层样细胞。B. 绵羊类囊胚三种细胞系， ELC、HLC 和 TLC 标志基因的表达情况。C. UMAP 图展示 D6 绵羊类囊胚与正常胚胎中细胞的聚类情况

综上，该研究首次通过CDX2基因过表达成功建立了绵羊滋养层样细胞，为研究绵羊胎盘形成及早期妊娠失败提供了新的实验手段和模型体系。在此基础上，研究团队进一步将绵羊胚胎干细胞与滋养层样细胞组合，成功构建出稳定且高效的绵羊类囊胚。所得类囊胚形态结构、细胞谱系组成、及转录水平等方面与天然囊胚高度相似，并显示出体内外长期生长的潜能。本研究不仅为深入解析绵羊胚胎发生及发育中的遗传与分子机制提供了可靠的技术平台，也标志着绵羊早期胚胎模型研究取得了重要进展。

西北农林科技大学王小龙教授和中国科学院脑智卓越中心刘真研究员为该论文共同通讯作者。西北农林科技大学/中国科学院脑智卓越中心联合培养博士生曹静、博士后李杰为该论文共同第一作者。本研究得到生物育种重大专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家绒毛用羊产业技术体系、上海市科委项目等基金资助。

原文链接：//www.nature.com/articles/s41421-026-00872-x