让我们先来看看下面这张图 ↓

这是一张人体胚胎发育过程的图片，可以看到，生命最初不过是一团毫无规则的细胞，却神奇地、自发地逐渐长成了手脚俱全的小宝宝。

那么，从细胞球，到有独立形态和意识的个体，这个过程中到底发生了什么？

人，何以为人？

本周，《自然》杂志发布了一项绝对可以称为胚胎学里程碑的研究。由洛克菲勒大学AH Brivanlou教授带领的学者团队，终于从人胚胎干细胞诱导得到了调控胚胎发育的神秘的“组织者细胞”，该细胞能够向其他细胞发送信号以决定这些细胞的“命运”。当科学家们激动地把“组织者细胞”植入鸡胚胎，鸡胚胎竟然长出了第二条中枢神经——这是单个生命的起源！[1]

这是人类学者，首次在包括自己在内的灵长目动物中证实了“组织者细胞”的存在，也是首次得以窥探单个人类生命的起源！科学界的百年夙愿至此得偿！

是的，这个故事还要从100年前说起。

Brivanlou教授

20世纪初，有一位名为Hans Spemann的科学家，他进行了一项很有趣的实验。[2]

Spemann利用婴儿的头发将发育中的蝾螈早期胚胎一分为二，本以为按照当时流行的生物学理论，这两团细胞应该各长成半个胚胎，可是呢，它们却分别长成了两只完整的蝾螈。通过调整头发的松紧，不彻底分离早期胚胎，他甚至还得到了不同程度的蝾螈“连体婴”。

这反映了一个很关键的问题——胚胎，并不是从受精卵开始就能被看作一个个体的（想想同卵双胞胎），在发育过程的某一个节点，它从一团细胞变成了一个生命。

所以！到底是什么时候！发生了什么！对于求知欲强的人来说简直抓心挠肝了！

Spemann和他的学生Hilde Mangold展开了相关的研究。胚胎早期是一团紧紧的细胞，在进入原肠期的时候，才会形成多层的、具有对称结构的复杂组织。在这个阶段，胚胎上会形成一条沟壑，名叫原条（primitive streak）。它是胚胎细胞表现出不同分化倾向的关键。

原条是胚胎发育过程中十分重要的结构，它将成为个体的左右轴，以其为中心生长出中枢神经、各种组织和器官，逐渐发育成完整个体

就在蝾螈胚胎原条的附近，Spemann和Mangold发现了一组特殊的细胞。这组细胞有多特殊？就这么说吧，把这团细胞剪下来，“粘”到另一个胚胎上，这个位置就会生长出另一条中枢神经，最终长成两条连体蝾螈！

组织者细胞移植过程

组织者细胞移植培育出的连体生物

Spemann把这种细胞叫做“组织者细胞”（Organizer，也被称为Spemann-Mangold organizer），意思就是说这些细胞是胚胎的组织中心，它们会引导其他的细胞根据需要发育，这个过程即为“胚胎诱导”。

因为这项贡献，Spemann于1935年获得了诺贝尔生理学或医学奖，遗憾的是Mangold在1924年因意外去世了，不然领奖台上也应该有她一席之地。顺便一说，Spemann也是第一个进行两栖类体细胞核移植的人，他还发明了玻璃针等微操工具，为发育生物学的前进做出了很大的贡献。

Mangold（左）和Spemann（右）

在Spemann之后，科学家们陆续在禽类、青蛙和啮齿类的胚胎中找到了“组织者细胞”，但是这种神奇的细胞是否存在于人类胚胎却始终是个未知数。

科学遇到了伦理的考验。

“组织者细胞”的出现在原条附近，而原条的形成恰恰位于一个关键的时间点上——14天。正如我们前文所说，原条出现在胚胎从一团细胞到具有复杂结构的关键过渡期，生命伦理委员会认为，在此之前，我们尚不清楚胚胎是否会形成一个或多个生命，也就是说这时的胚胎还不能够称之为“个体”；但是在14天时，原条形成了，我们已经能够确定这个胚胎只会长成一个个体了，它就正式成为了“生命”，成了一个人类。[3]

在伦理学上，我们是不能够用人体做实验的，在部分国家，体外培育超过14天的人类胚胎是违法的行为。

其实在2016年，Brivanlou教授就进行过极限地尝试了。他们在实验室里把人类胚胎培养到了第13天，也确实发现了一些以前没有的细胞发育现象，但是还是没有找到他们最想要看到的组织者细胞。最终，研究者们不得不在胚胎“长出手脚”之前终止实验。[4]

而今天我们看到的这项研究，可以说是研究者耍了一个小聪明。既想要胚胎里的组织，又不能直接从胚胎获取，那就只能求助于胚胎干细胞（hESCs）了！

从很早之前[5]，研究者们就一直在摸索诱导胚胎干细胞升成早期胚胎结构的方法。胚胎的形成依赖于复杂的信号通路，包括Nodal、Wnt等等我们熟知的老朋友。在最新的研究中，研究者们终于确定，使用Nodal和Wnt这两种重要的信号通路，即可诱导胚胎干细胞生成具有组织者细胞特征的组织。

当把这些组织移植到12小时龄的鸡胚胎（相当于14天龄的人类胚胎）时，令人激动的事情发生了！随着胚胎的生长，这些组织者细胞引导鸡胚胎细胞分化并形成了第二个神经系统！除了这种杂交胚胎并不能孵化之外，实验结果与1924年Spemann进行的蝾螈实验近乎完全一致！

红色染色标记的为移植的组织者细胞

这项研究获得了许多发育生物学家的称赞。这种类似于胚胎的组织能够帮助研究者了解，在胚胎发育过程中到底发生了什么，到底是什么让这些细胞知道自己要往何处去。这项技术让研究者跨越了14天的伦理限制。

英国剑桥大学的发育生物学家Ben Steventon说，这种新方法可以用于研究人类于其他物种在早期发育过程中，细胞间信号传递的变化。

德国霍恩海姆大学的学者Matin Blum则表示，这项技术也避免了实验室内于人胚胎相关的伦理问题，“这是一项真正的进步，我们不需要使用真正的胚胎。”

不过研究者Brivanlou教授本人倒是不太同意这种看法，他认为真正的胚胎是无法被任何取代的，“当我们尝试建立模型，我们所做的任何事情都是在过度简化它。”[6]

Brivanlou教授的下一步目标是确定组织者细胞到底如何影响它的邻居们，这将会为再生医学做出贡献。

“人类胚胎干细胞和卵子具有生命的所有信息，这是多米诺骨牌的第一块。”Brivanlou教授说，这是几代人的事业。[7]

参考资料：

[1] https://www.nature.com/articles/s41586-018-0150-y

[2]https://embryo.asu.edu/pages/spemann-mangold-organizer

[3]https://bioethicsarchive.georgetown.edu/pcbe/reports/cloningreport/research.html

[4]https://www.nature.com/news/human-embryos-grown-in-lab-for-longer-than-ever-before-1.19847

[5] Warmfash, A., Sorre, B., Etoc, F., Siggia, E. D. & Brivanlou, A. H. A method to recapitulate early embryonic spatial patterning in human embryonic stem cells. Nat. Methods 11, 847–854 (2014).

[6] https://www.nature.com/articles/d41586-018-05202-0

[7]http://www.sciencemag.org/news/2018/05/elusive-master-organizer-human-embryo-growth-seen-first-time

【声明】生命科学与基因技术正在高速发展，针对同一研究课题，不同团队的研究结果存在差异甚至相悖的可能。另受本人知识结构及参阅资料准确性的局限，文章内容仅供参考。欢迎读者随时纠错并参与讨论。