北京大学杜鹏课题组：复刻生命的“后勤部长”，实验室里种出“完美”胎盘类器官

在生命诞生的最初几天，一场关乎命运的“分家”正在上演：一小拨细胞聚在一起，立志发育成胎儿，成为未来的“主角”；而另一拨细胞则选择走向边缘，去修筑一座连接母体的桥梁——胎盘。

长期以来，胎盘一直被视为生命的“幕后功臣”。它不仅是胎儿的首席食堂、氧气站，还是最坚实的防御堡垒。如果这座“桥梁”修歪了，流产、子痫前期等严重的妊娠障碍就会随之而来。

然而，想要在实验室里复刻一个功能完备的“地基”谈何容易？

2025年11月10日，北京大学、北大-清华生命科学联合中心杜鹏课题组在Protein & Cell期刊发表了题为：Capturing trophectoderm-like stem cells enables step-wisely remodeling of placental development的研究论文。他们成功捕捉并稳定维持了一种处于生命极早期状态的干细胞——滋养外胚层样干细胞（trophectoderm-like stem cells, TELSCs），并首次在实验室里“一比一”还原了胎盘发育的全过程。

1.寻找“冻龄”的种子：捕捉胎盘发育的“零点”状态

在生物学界，想要在实验室模拟器官发育，最难的往往是找对那颗“原始种子”。

此前，科学家已经能够培养小鼠滋养层干细胞（TSCs），但这些细胞在分子特征上更接近胚胎发育第 5.5 到 7.5 天的状态。这意味着它们已经由于“成熟”而丢失了植入前滋养外胚层特有的发育潜能，仿佛盖楼盖到一半的工地，难以回溯地基是如何打起的。

研究团队打破了这一僵局。他们开发了一套名为“两步法”的精密培养系统：首先利用 Hippo-YAP/Notch 信号通路启动滋养层命运的初次设定 ，随后通过切换至 TGFβ1 信号通路实现状态的稳定维持。

凭借这一策略，团队成功从小鼠全能滋养层样细胞（TBLCs）中诱导并捕捉到了全新的 TELSCs（滋养外胚层样干细胞）。转录组与表观遗传分析揭示，TELSCs 精准地“冻龄”在胚胎第 4.5 天滋养外胚层的特异性状态。更令人惊叹的是，这些细胞的 DNA 甲基化水平极低，且维持着印迹基因的稳定状态，展现出比传统 TSCs 更强的发育可塑性与极速的自我更新能力。

2.复刻全谱系地图：从单细胞到“后勤全才”

为了验证 TELSCs 的发育全能性，研究团队为其设计了两场苛刻的实验：

在胚胎嵌合实验中，TELSCs 展现了极高的发育专一性。它们精准地整合进囊胚的滋养外胚层，并随着胚胎的发育，最终在单细胞水平上分化出了包括迷路层滋养层祖细胞（LaTPs）、合体滋养层（SynT I/II）、各种巨细胞（TGCs）以及海绵滋养层（SpTs）在内的所有 8 种已知谱系。这是人类首次直接证明一种体外培养的滋养层干细胞能够如此完整地覆盖胎盘的所有功能细胞。

在实验室的 3D 培养皿中，TELSCs 开启了“自组织”模式。它们不仅在长期传代中保持着稳定的分化潜能，还能自发组装成具有复杂层次结构的胎盘类器官。这些类器官不仅在形态上还原了体内胎盘，功能上也毫不逊色——它们能随着分化进度的推进，持续且大量地分泌妊娠关键激素，泌乳素（PRL）。

3.“生命玫瑰”：破解空间秩序的动力学密码

生命不仅是基因的表达，更是空间的艺术。

研究团队在 TELSCs 向类器官转化的早期阶段，观察到了一个有趣的现象：细胞并不会杂乱无章地生长，而是会在第 1-2 天自发排列成一种对称的玫瑰花环状（Rosette-like）结构。

这种结构并非偶然的装饰，而是发育的“指挥部”。研究发现，这一过程高度依赖于一种关键的整合素信号分子 Itgb1。当研究人员通过技术手段敲低 Itgb1 后，细胞便失去了这种排布成花环的能力，随即引发连锁反应：滋养层祖细胞诱导失败，细胞发生大规模凋亡，整个胎盘类器官工程彻底“烂尾”。

这一发现深刻揭示了，从一颗种子到一个器官，除了要有正确的信号指令，更需要精准的空间排布秩序。它解释了为何以往的培养系统难以复刻真实的胎盘发育，也为我们理解人类早期妊娠障碍提供了珍贵的空间生物学线索。

4. 意义：为新生命保驾护航

胎盘发育的研究，本质上是在守护生命的起点。

这项研究不仅为我们提供了一个清晰的“上帝视角”，去观察滋养层细胞如何从全能状态一步步走向专业化，更为临床医学带来了全新的武器。

有了这套高效、仿真的胎盘类器官模型，科学家可以开展高通量的药物筛选，或者深入探究流产、子痫前期等疾病的致病机理。那些曾经无法解释的“生命遗憾”，或许在 TELSCs 开启的大门后，都能找到答案。

总而言之，这套系统为我们理解从全能干细胞到复杂胎盘的演变，提供了一个前所未有的强大平台。