人类卵裂球是最早的人类胚胎模型，它来源于体外培养的细胞，具有胎儿及其支持组织的所有原始细胞谱系。随着研究方案的优化，这些卵裂球将更接近于人类囊胚。

研究人体的早期发育一直是个挑战，因为很少有人类胚胎可用，而且研究受到相当大的伦理和法律限制。利用体外培养的细胞构建哺乳动物胚胎模型的技术，带来了新的机会。最近，两篇论文在这一领域取得了重大进展，表明人类胚胎干细胞或从成人组织中重编程的细胞可以在培养皿中诱导组织生成，形成类似于早期人类胚胎的结构——这是第一个完整的人类胚胎模型，包含与胎儿及其支持组织的所有基础细胞谱系。

在哺乳动物中，受精卵在发育的最初几天经过一系列的细胞分裂，形成了一种称为卵裂球的结构。卵裂球包含一个称为滋养层的外胚层，它包围着一个含有内细胞团（inner cell mass, ICM）的空腔。随着卵裂球的发育，ICM被分离成两个相邻的细胞群——外胚层和下胚层（在小鼠胚胎中称为原始内胚层）。然后，卵裂球植入子宫，为原肠胚的形成奠定了基础，在这个过程中外胚层细胞产生三个基本的细胞层，形成整个胎儿。滋养外胚层继续形成胎盘的大部分，而下胚层形成了一层称为卵黄囊的结构，这是早期胎儿血液供应所必需的。

第一个利用培养细胞（被称为卵裂球的结构）再现卵裂球形成的体外模型使用了与小鼠卵裂球外胚层、滋养层和原始内胚层中发现的干细胞相对应的小鼠干细胞。然而，从人类细胞中产生类似的卵裂球直到现在还没有实现。以前的人类早期发育模型使用的人类干细胞在发育上类似于植入后、原肠胚形成前的外胚层细胞。因此，尽管它们可以重现植入后人类发育的某些阶段，但它们缺乏与滋养外胚层、下胚层或两者相关的谱系。

在最近的研究中，YU和LIU等描述了人类卵裂球。这些技术突破的关键似乎有两个方面：第一，使用人类卵裂球中代表谱系的细胞；第二，优化培养方案。YU等人从人类胚胎干细胞（来源于人类卵裂球）或诱导多能干细胞（来源于成人细胞）开始。重要的是，这两种类型的干细胞在发育上与卵裂球中的外胚层细胞相似，也可以产生与滋养外胚层和下胚层相关的谱系。相比之下，LIU等人重新编程称为成纤维细胞的成年皮肤细胞，形成一个混合细胞群，其中包含基因表达谱类似于外胚层、滋养层和下胚层细胞的细胞。与小鼠卵裂球一样，这两种方法都涉及将细胞接种在称为Aggrewell板的3D培养皿中，并用含有化学因子的液体生长培养基处理细胞，以控制卵裂球发育所需的信号活动（图1）。YU和同事用两种不同类型的培养基依次处理细胞，以促进细胞分化为代表滋养外胚层和下胚层的谱系。

 两个研究小组都发现，人类卵裂球在培养6～8天后出现，形成效率高达近20%。人类卵裂球的大小和形状与自然卵裂球相似，细胞总数相似。

对卵裂球的详细描述（包括全基因组表达分析，和与人类胚胎数据的比较）表明，它们的细胞谱系与植入前的人类卵裂球具有相同的分子相似性。外胚层、滋养层和下胚层相关谱系的空间组织与植入前人类胚胎中发现的一致。研究小组还证明，卵裂球细胞具有囊胚谱系的关键特性——从卵裂球中分离出来的细胞可用于产生各种类型的干细胞。YU等表明，如果这些干细胞被移植到小鼠卵裂球中，它们产生的细胞可以在小鼠胚胎中与相应的小鼠谱系整合。

接下来，研究人员分析了卵裂球的进一步发育。像卵裂球一样，当卵裂球在这个试验中生长4～5天时，一些附着在培养皿上并继续发育。在这些附着的卵裂球的一部分，代表外胚层的细胞谱系重组成一个包围中心腔的结构，使人想起前羊膜腔，它形成于植入后卵裂球的外胚层。在某些卵裂球中，滋养外胚层相关的细胞谱系伸展开来，并显示出分化为特殊胎盘细胞类型的迹象。YU等还观察到，在一些卵裂球的下胚层相关细胞谱系中有第二个腔，类似于卵黄囊腔。

总之，这些研究小组的数据表明，人类卵裂球是一种很有希望的胚胎早期发育的体外模型。然而，还有一些明显的局限性需要克服。例如，卵裂球的发育是低效的，并且在不同供体产生的细胞系之间以及实验批次之间是不同的。此外，三个谱系在单个卵裂球中的发育速度似乎略有不同，而在同一个培养皿中的卵裂球发育似乎不同步。卵裂球中下胚层相关谱系的空间组织仍有待改进。此外，卵裂球中含有未经鉴定的细胞群，而这些细胞群在自然人囊胚中没有对应的细胞群。

另一个挑战是卵裂球的发育在植入后阶段受到限制。需要进一步优化培养和实验条件，以提高人卵裂球植入后的体外培养，达到相当于体内14天的水平。严格的伦理规则阻止了人类胚胎的培养超过这个阶段，那时与原肠胚形成有关的结构开始出现。用于培养人类卵裂球的三维系统可有效促进植入后发育，通过维持正常的三维组织结构和卵裂球中不同细胞谱系之间的空间关系，可能有助于提高我们培养卵裂球的能力，以达到这一极限。

人类卵裂球是最早的人类胚胎模型，它来源于体外培养的细胞，具有胎儿及其支持组织的所有原始细胞谱系。随着研究方案的优化，这些卵裂球将更接近于人类囊胚。这将不可避免地导致生物伦理问题。人类卵裂球的伦理地位应该是什么，应该如何监管？14天规则是否适用？在对人类卵裂球进行研究之前，这些问题需要得到回答。对许多人来说，研究人类卵裂球在伦理上的挑战性要比研究天然的囊胚少。然而，其他人可能认为人类卵裂球研究是人类胚胎工程的一条道路。人类胚胎模型的不断发展，包括人类卵裂球，要求公众就这类研究的科学意义，以及它所引发的社会和伦理问题进行讨论。

参考文献：ZHENG Yi, FU Jian-ping. First complete model of the human embryo[J]. Nature,2021,591:531-532.