利用精准编辑研究人类胚胎发育揭示主控基因

# 首次使用精准编辑研究人类胚胎发育，揭示主基因的关键作用 来源：https://www.cam.ac.uk/research/news/first-use-of-precision-editing-to-study-human-embryo-development-reveals-role-of-master-gene 由剑桥大学洛克滋养层研究中心主导的研究表明，基因组编辑技术可用于改变人类胚胎细胞中的单个基因，从而以前所未有的细节研究极早期人类发育。 这项技术名为碱基编辑(base editing)，是基因组编辑技术CRISPR/Cas9的更精准版本。它能够在人类约30亿个碱基对的基因组中，改变单个核苷酸碱基对——DNA的基本构建单元。 研究人员利用碱基编辑技术，在极早期人类胚胎中阻断了一个名为NANOG的基因，发现早期胚胎细胞无法发育成更特化的多能细胞——上胚层(epiblast)，而上胚层正是日后形成身体的基础。 这一结果揭示了NANOG在人类胚胎发育中的关键作用，有助于科学家更好地理解受精卵形成后最初几天的人类胚胎发育过程。 在没有NANOG的情况下，未来会变成胎盘和卵黄囊（即支持胚胎发育的组织）的细胞仍然可以形成。 尽管已有关于人类胚胎碱基编辑的报道，但这是该技术首次用于研究人类胚胎中的基因功能。结果表明，该技术的极高精确度降低了发生意外染色体异常的可能性，而染色体异常在使用另一种更广泛应用的CRISPR/Cas9技术时可能发生。 更深入了解NANOG这类人类发育必需基因的作用，未来可能有助于提高体外受精(IVF)成功率，并更好地理解早期妊娠流产。 碱基编辑未来也可能用于编辑人类胚胎中导致衰弱性遗传疾病（如囊性纤维化和亨廷顿病）的特定基因，从而防止这些疾病遗传给后代。然而，目前在英国这仍属法律禁止范围。在未来的任何临床应用之前，需要进行广泛的安全性测试、技术的进一步开发，以及广泛的公众讨论和支持。 领导这项研究的剑桥大学洛克滋养层研究中心的Kathy Niakan教授表示：“碱基编辑代表了传统CRISPR/Cas9的重大进步，因为它导致意外染色体错误的风险要低得多。碱基编辑可以在人类约30亿个碱基对的整个基因组中，精确地将一个核苷酸碱基对变为另一个——这是一项不可思议的壮举。” 她补充道：“我们的研究结果表明，NANOG基因对多能细胞的发育至关重要，而这些构建块对人类的发育具有根本性意义。” 多能细胞可以发育成体内任何其他类型的细胞，并广泛用于生物医学研究，从药物测试到疾病建模。人类胚胎干细胞属于多能细胞，它们源自发育中胚胎中NANOG激活水平较高的部位。这使科学家们怀疑NANOG在其形成过程中发挥着重要作用。 该研究的第一作者、剑桥大学洛克滋养层研究中心的研究员Oliver Bower博士说：“碱基编辑的精准度是上一代基因组编辑技术的一大进步。这使我们能够更自信地研究早期人类发育。” 他补充道：“通过精确定位像NANOG这样的基因如何控制多能细胞的发育，我们可以使生物医学研究中的干细胞系统更加可预测和可靠。” ### **人类发育并不总是遵循小鼠蓝图** 几十年的动物研究，尤其是在小鼠中的研究，对于将NANOG确定为可能在早期发育中起关键作用的基因至关重要。但这项研究表明，NANOG在人类和小鼠胚胎中的功能并不完全相同。 在之前的小鼠研究中，NANOG的缺失同时破坏了上胚层和卵黄囊（一种支持发育胚胎的组织）。而在本次人类胚胎研究中，NANOG的缺失主要影响上胚层，即未来的成体细胞系。 此前，由于可用的基因组编辑技术（如传统CRISPR/Cas9）会对DNA造成过多意外损伤，无法直接研究NANOG在人类胚胎中的功能。这项工作强调了直接研究人类发育的重要性。 同样参与该研究的剑桥大学洛克滋养层研究中心的研究员Katarina Harasimov博士说：“我们曾预测，鉴于NANOG在小鼠胚胎发育中的重要性，它在人类发育中也将具有非常重要的作用。我们发现NANOG在人类和小鼠中的功能有所不同，这意味着我们对这一基因作用的假设并不能直接跨物种适用。” ### **伦理与法律合规** 本研究中使用的胚胎、卵子和精子来自接受IVF治疗的夫妇捐赠的未使用样本。大多数捐赠者已完成生育，并希望将剩余的胚胎、卵子或精子用于研究。 这些胚胎仅在实验室中培养至受精后最多六天半，然后任其死亡。 这项研究是在研究许可证下进行的，并受到英国政府独立监管机构——人类受精与胚胎学管理局(HFEA)的严格监管审查，该机构负责监管生育治疗和研究。该研究还得到了纽卡斯尔和北泰恩赛德研究伦理委员会的审查和批准。 该研究今日发表在*Nature*期刊上 (https://www.nature.com/articles/s41586-026-10792-1)。 该研究由剑桥大学洛克滋养层研究中心的科学家与莫纳什大学、纽卡斯尔大学、哈佛大学和麻省理工学院布罗德研究所、弗朗西斯·克里克研究所、MRC分子生物学实验室的同事，以及伯恩霍尔诊所、纽卡斯尔生育中心（纽卡斯尔医院NHS基金会信托部分）、辅助生殖与妇科中心、Create Fertility和生殖与遗传健康中心的临床合作者共同完成。 本研究主要由Wellcome资助，并得到了英国医学研究理事会和英国癌症研究中心(Cancer Research UK)的额外支持。 **参考文献：**Bower, O.J. 等：《碱基编辑揭示了NANOG在人类胚胎发生中的关键作用》(https://www.nature.com/articles/s41586-026-10792-1)。*Nature*，2026年6月。DOI:10.1038/s41586-026-10792-1 ## **问答** ### **胚胎中的上胚层、卵黄囊和胎盘是什么？** **上胚层**是早期人类胚胎中的多能细胞层，它形成人体所有组织。 **卵黄囊**为胚胎提供营养，在母体与胎儿之间循环气体，并制造形成脐带等重要结构的细胞。在孕早期（许多妊娠并发症首次出现的时期），卵黄囊发挥着胎盘后来承担的作用。在IVF治疗中，此期间健康的卵黄囊是成功妊娠结局的最强预测指标。 **胎盘**是怀孕期间在子宫内发育的一个临时器官，它将发育中的胚胎连接到母亲的子宫，起到生命支持系统的作用。 ### **什么是多能细胞？** 胚胎的多能细胞可用于建立具有分化为任何类型特化体细胞能力的干细胞，并广泛用于医学研究，包括疾病建模、细胞替代疗法和药物发现。这项研究表明，NANOG对人类胚胎生成多能细胞的能力至关重要。 ### **什么是CRISPR/Cas9？** CRISPR/Cas9是一种基因组编辑技术，已用于纠正患有镰状细胞病、某些癌症以及一种遗传性失明等疾病的儿童和成人的基因。它就像一把分子剪刀，在非常精确的位置切割DNA并进行编辑。 科学家们也曾希望，CRISPR/Cas9未来可用于纠正胚胎细胞中的基因突变。在发育的这个早期阶段，基因改变将是可遗传的——这意味着致病基因将被永久移除，不会遗传给家族后代。 Niakan团队此前的研究发现，使用传统CRISPR技术编辑胚胎细胞中的基因会导致染色体异常。该团队得出结论，较老版本的技术不应在人类胚胎中用于基因校正。