团队成员讨论实验方案。受访者供图

　　■本报记者 王兆昱

　　一个受精卵，如何从单细胞一步步长成拥有神经、心脏的胚胎？胎盘又是怎样精准“投喂”胎儿、守护生命萌芽的？这些藏在生命开端的秘密，牵系着无数家庭的期盼，更是科学家探索数十年的谜题。

　　中国科学院动物研究所研究员王红梅带领的“灵长类胚胎发育的规律解析与体外模拟团队”，用27年的接力攻坚，把灵长类早期胚胎发育这个看不见、摸不着的“黑匣子”，变成了清晰可见的“生命剧本”。

　　他们取得了一系列突破性成果，让中国在灵长类早期胚胎发育与体外模拟领域跻身国际前列。近期，该团队荣获中国科学院2025年度杰出科技成就奖基础研究奖。

　　在实验室给胚胎“搭个家”

　　俗话说：“十月怀胎，一朝分娩。”人类胚胎发育的14到28天被称为“黑匣子”，是至关重要也特别神秘的阶段。王红梅解释道：“14到28天这个阶段，大多数女性甚至还不知道自己已经怀孕了。”

　　恰恰是在这两周里，胚胎经历了翻天覆地的变化。原本对称的细胞团会发生原肠运动，形成内、中、外3个胚层，随后进一步分化，发育成人体的各个器官——内胚层变成从口腔到肠道的整个消化系统，肺、肝脏、胰腺、甲状腺都从肠道上“萌芽”而出；外胚层分化为神经系统和皮肤，还会形成眼、耳等感觉器官；中胚层孕育出心脏、肌肉、椎骨和肋骨。到第25天左右，心跳出现，神经系统开始发育。

　　“很多家庭遭遇的出生缺陷、妊娠失败问题的源头就在这个阶段。”王红梅说，要破解出生缺陷与妊娠失败，首先得让这段发育过程“看得见、读得懂”。

　　然而，由于受到严格的伦理规范限制，人类胚胎体外培养必须在14天停止。这意味着，这段决定生命走向的关键时期，几乎无人能窥其全貌。

　　由于人类胚胎难以获得，团队将目光聚焦于灵长类动物食蟹猴。食蟹猴与人类在遗传、生殖和神经系统等方面高度相似，因此，用食蟹猴体外培养的胚胎开展研究对于撬开人类早期胚胎发育的“黑匣子”非常重要。

　　在实验室里让胚胎顺利发育，难度远超想象。温度、营养、氧气浓度都需精准控制，从而模拟母体子宫环境。团队花了十几年时间，一点点优化培养条件。

　　经过不懈努力，团队成功让食蟹猴胚胎在体外发育了20天，第一次完整捕捉到原肠运动的早期事件。此后，他们进一步突破至25天，刷新了灵长类胚胎体外存活纪录，系统解析了三胚层分化、神经发育等关键事件。这项研究入选了2023年度“中国生命科学十大进展”，《自然》杂志称之为“有史以来在体外发育时间最长的灵长类胚胎”。

　　团队始终没有放弃进一步探索，创建了基于深度学习的三维重构技术，借助空间转录组测序，全景式捕捉人类胚胎发育细节，首次实现了对人类早期胚胎各细胞中基因的精准定位和动态追踪，建立了三维数字化动态解析体系。这项发表于《细胞》的研究被评为该刊2024年度最佳论文，并获评建立了人类“黑匣子”阶段第一个完整数字化图谱，为探究极早期胚胎发育打开了全新视角。

　　解密“生命土壤”

　　如果说胚胎是孕育生命的种子，胎盘就是滋养它的“土壤”。而这片“土壤”的精妙程度远超想象。

　　“胎盘存在一种特殊的多核结构，研究发现单个这样的结构最多包含580亿个细胞核。”王红梅说，“我从来没有在任何物种的身体里见过这么大的多核结构。”

　　胎盘具有复杂的营养分配机制，它从母体吸收营养后，需要同时供给胎儿和维持自身存活，这一过程涉及精密的调控。团队通过建立胎盘细胞系、干细胞系和类器官等模型，利用小鼠、食蟹猴和人进行比较研究，系统解析了胎盘从第一个细胞出现到完整功能建成的全过程，发现了人类胎盘独特的糖脂代谢模式，正是这种模式控制着胎盘多核细胞的发育及营养的精准传输。一旦代谢紊乱，就可能导致子痫前期等妊娠疾病，严重时危及孕妇生命。这些发现为妊娠期疾病的早期预警和发病机制研究提供了新的方向。

　　团队还在食蟹猴身上完成了一项此前无法在人体中实现的研究——系统解析怀孕过程中母体多个重要器官的代谢改变。团队借助食蟹猴模型，收集了未怀孕，怀孕早期、中期、晚期不同时间点的多个组织器官样本并开展代谢组学研究。结果发现，未怀孕时各器官配合默契，一旦怀孕，心脏忙着增加输血量，肝脏忙着调整代谢，各器官“各忙各的”，虽然看似混乱，但胎盘却扮演了一个统一协调的角色，让混乱重新归于有序。

　　这项工作被国际同行评价为“中国科学家向填补妊娠期母体器官改变这一领域的空白迈出重要一步”。

　　给妊娠失败患者造“体外子宫”

　　基础研究的最终指向是解决临床难题。在接受辅助生殖治疗的夫妇中，约15%会遭遇反复胚胎着床失败，而每位患者的病因各不相同，目前尚无有效治疗手段。

　　团队独辟蹊径，尝试在体外为患者“造”一个微型子宫。他们开发了一种芯片系统，取患者子宫内膜的少量细胞，在芯片上重建包含腺上皮类器官、基质细胞和腔上皮细胞的子宫内膜模型，再将人工合成胚胎“种植”上去，模拟着床的早期事件。

　　有了这个“体外子宫”平台，药物筛选便有了抓手。团队从1119种获美国食品药品监督管理局批准的小分子药物中逐轮筛选，在缩小到十几种候选药物后将其放到患者特异的芯片上验证，寻找能让患者子宫内膜改善、胚胎成功着床的特定药物。团队提出的这条“从患者到芯片、从芯片到药物”的个性化诊疗路径，已在发表于《细胞》的最新论文中得到初步验证。

　　“我们在想怎样让方法更简化。”王红梅透露，未来可能只需收集患者的经血，就能获得足够细胞以搭建体外着床模型，免去子宫活检的创伤。同时，团队成员于乐谦在国际上率先搭建了高度模拟人类自然胚胎的人工合成胚胎，并与临床合作建立了小脑症患者的人工胚胎模型，揭示了核糖体基因突变导致神经祖细胞增殖异常的致病机理，发现了潜在干预靶点。

　　王红梅反复强调，这些目前只是“潜在的”诊疗策略，与真正的临床应用仍有距离，团队将在这条路上持续探索。

　　把论文写在生命健康“第一线”

　　“做研究，一定不要急功近利。”这是王红梅常对团队说的话。每一个阶段都要精准记录，每一组数据都要反复验证，一个实验失败了就推倒重来，一个难题攻克了就向更深的未知迈进。为了观察胚胎全时程发育变化，成员轮流值守，常常在显微镜前一坐就是好几个小时；为了验证一个猜想，可能要重复上百次实验。

　　于乐谦曾打趣说：“我们对胚胎发育的了解，可能比自己孩子的成长细节还要清楚。”

　　27年间，团队取得了一系列重要成果，得到了国际同行的广泛认可。他们创立了国际生殖生物学前沿论坛并已举办6届，参与制定国际干细胞研究学会人工合成胚胎准则，担任英国剑桥大学胎盘研究中心学术委员会委员和国际妊娠联盟执委会中方代表，为推动全球生殖健康研究作出了重要贡献。

　　从解读生命的起始密码，到在体外模拟生命的最初萌发，这个团队用27年的坚守，一步步把“看不见的黑匣子”变成了“读得懂的生命剧本”，为无数等待新生命降临的家庭点亮了希望的灯火。

　　《中国科学报》 (2026-02-11 第1版 要闻)