2026年10月14日，一项发表于《自然》的研究表明：从一种人工诱导的全能样干细胞出发，研究人员可以构建出连续发育的小鼠胚胎模型，使其能够跨越囊胚、原肠运动和早期器官形成等阶段，并出现血管与血液、生殖系以及具有节律性收缩的心脏等组织。

一种细胞，如何逐步展开为一个有生命的整体？老子所说的“一生万物”，提供了一个富有想象力的比喻。宇宙也是从一个极度紧凑的起点展开，逐渐形成恒星、星系和无数世界。一个全能性细胞当然不是微缩的宇宙，但生命发育提出了相似的问题：从一个起点，如何产生如此复杂的生命体？在发育过程中，基因组和调控网络让不同细胞在特定的时间和空间出现、彼此作用，逐渐形成组织、器官和功能。从这个意义上说，发育生物学试图理解的，正是“一”如何生出“万物”，以及隐藏在这一过程背后的“道”——生命自我组织调节的内在规律。

清华大学丁胜教授领导的这项新研究，为这种人工诱导的全能性提供了有力的展示。研究人员从团队此前建立、并在本研究中进一步优化的化学诱导全能样干细胞（ciTotiSCs）出发，仅用这一种起始细胞类型，成功构建出经历囊胚样组织、原肠运动并进入早期器官形成阶段的小鼠胚胎模型。这一研究的价值不只是证明了化学诱导的全能样干细胞能够连续跨越多个发育阶段，更深层的意义还在于，它让人们看见：最初被诱导出的全能样细胞状态，究竟蕴含着怎样的潜能，又能够启动怎样的生命建构过程。

“通常，生命的孕育从精子和卵子的结合开始。而在这里，我们的起点并不是生殖细胞，而是一种可以从体细胞人工诱导出的全能样干细胞。这项研究展现了这种起始状态所具有的发育潜能：它不仅能够产生胚内和胚外的多种细胞，还能够让这些细胞按照相应的时序、在相应的空间位置出现，并通过彼此之间的相互作用，逐步自我组织成一个复杂、具有多种生命活动特征的整体。这正是这项工作最令人兴奋的意义之一。”论文通讯作者、清华大学丁胜教授说。

随着小鼠胚胎模型不断发育，细胞分化的结果并非只是一份不断加长的“类型清单”。胚胎组织和支持胚胎发育的胚外谱系在相应位置出现，身体的前后轴逐渐建立，神经褶开始形成，血管和血液、生殖系和心脏组织也在这个彼此协调的发育过程中相继出现。影像、组织学分析和单细胞测序显示，胚胎模型在多个关键细胞类型、空间结构和发育时序上，都与相应阶段的天然小鼠胚胎接近。正是这一连串有序展开的发育过程，最直观地展现了这种人工诱导的起始状态所蕴含的组织和发育潜能。

图1 ciTotiSCs来源的胚胎模型形成具有心房和心室分区的心脏组织

在许多文化中，第一次心跳常被视为生命开始显现的一个重要象征。在上述小鼠胚胎模型中，心脏组织随着整体发育逐步形成，出现空间有序的心房样和心室样区室，以及流出道样结构。不同类型的心脏细胞在相应的位置发生自组织，随后开始出现有节律、彼此协调且具备不同心脏区室特征的收缩。从最初的细胞状态到有节律的心跳，一个复杂的生命系统正在逐步展开。生命还意味着连接与供养。在这些小鼠胚胎模型中，卵黄囊样组织形成了血管网络和血岛，造血祖细胞随之出现，并产生红细胞母细胞和巨噬细胞；血细胞也开始进入正在发育的心脏区室。血管、血液与心脏相互伴随出现，产生组织和功能上的联系，呈现出早期循环系统逐步建立的特征。

图2 ciTotiSCs来源的胚胎模型形成卵黄囊血管网络

生命还有另一个维度：跨越世代的延续。模型中形成了原始生殖细胞——未来产生卵子或精子的细胞谱系。转入专门培养体系后，这些前体细胞进一步成熟，并显示出进入减数分裂早期阶段的能力。虽然这些细胞还不是成熟的配子，该项研究也暂未涉及检验其生殖能力；但生殖系的出现意味着，这一发育程序已经延伸到一种特殊的细胞谱系，生物学信息在未来正是通过它从一代传递到下一代。

自此，具有节律的心脏组织、正在形成的血管—血液系统和生殖系细胞，共同呈现了生命发育的三个维度：功能的出现、系统的整合，以及生殖系的建立。它们都不是孤立生成的，而是从一种人工诱导的全能样状态出发，在同一段具有时间和空间秩序的发育过程中，相继出现。

这项工作尚未产生完整个体，而且随着发育推进，模型继续发育的效率明显下降，一些结构也仍与天然胚胎存在差异。目前还不能判断这些限制究竟来自体外培养环境、模型本身，还是两者共同作用。怎样支持更长时间、更完整的发育，仍需要进一步研究。

因此，这项研究的意义并不局限于抵达了某一个发育阶段。它提供了一条新的实验路径：从人工诱导的全能性细胞出发，研究其中蕴含的发育潜能如何展开为一个整合的发育过程，使不同的细胞、结构和功能按照特定的时间与空间关系逐步出现。这一框架将帮助科学家研究这类人工诱导的全能样干细胞如何产生众多彼此协调的命运，早期发育为何会失败，以及具有功能的组织和器官如何共同形成。

本研究聚焦小鼠发育，未来如果将类似方法拓展到其他哺乳动物，尤其是人类细胞，就必须接受更加严格的伦理审查和充分的公共讨论。就目前而言，这项工作的深刻意义仍在于那个起点：一个被诱导出的细胞状态中，并没有一颗微缩的心脏、一条血管，也没有预先形成的生殖系；但它能够启动一套内在的自组织程序，让这些结构和功能在彼此关联中逐渐涌现。从‘一’开始，早期生命发育徐徐展开，而隐藏在生命起点中的自组织规律，也由此获得了一个可以观察、测量和探索的实验窗口。

生命中心PI、清华大学药学院丁胜教授、马天骅副研究员为该论文的共同通讯作者，丁胜教授课题组博士研究生吴华为论文第一作者。丁胜课题组原成员胡妍妍博士（现为哈佛大学博士后）以及课题组博士研究生于涵之、高梦晗、杜星翰参与了本研究并作出重要贡献。北京大学第三医院妇产科赵扬玉教授、黄娜娜博士、博士研究生孙希雅为体外胚胎培养提供了重要支持；北京开睿生命科学研究有限公司施璐博士、北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生卢雪在生物信息学分析方面提供了重要帮助。清华大学药学院张玉霞、徐晓庆、刘志敏博士、袁俊松博士、周伟博士、邵启亮、王丹在不同实验中给予了重要帮助。该研究得到了新基石研究员项目、国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金及清华大学－北京大学开云手机网页登录页面等的资助与支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-11164-5