生命的起始是一个精妙绝伦的过程。在人类胚胎发育的早期，囊胚阶段是一个关键的转折点。此时，一个名为“囊胚腔”的液体腔室开始形成，它打破了胚胎的径向对称性，启动了首个胚胎对称轴，并为后续的着床和胎盘发育奠定了基础。这个腔室的形成，主要由一层名为“滋养外胚层”（TE）的特殊上皮细胞负责。然而，由于研究人类早期胚胎存在伦理和技术上的重重限制，科学家们对囊胚腔形成，特别是滋养外胚层细胞如何进行这种独特的“基底侧腔化”过程的分子和细胞机制，依然知之甚少。
近年来，随着干细胞技术的发展，科学家们已经能够利用人类多能干细胞在体外构建类似囊胚的结构，称为“胚状体”。这为在体外模拟和研究人类早期发育提供了前所未有的机遇。然而，现有的胚状体生成方案通常需要同时使用多种信号通路的小分子抑制剂和生长因子，条件复杂，且不同细胞系间的重复性不佳。更关键的是，这些复杂的干预手段针对多个存在复杂交互作用的信号通路，使得我们难以厘清滋养外胚层分化和囊胚腔形成的核心调控逻辑。因此，开发一种更简单、更稳健的胚状体模型，对于深入揭示人类囊胚发育的基本机制显得尤为重要。
为了突破这些瓶颈，研究人员在《细胞研究》上发表了一项创新性研究。他们意外地发现，一种在实验室中广泛使用的常见溶剂——二甲亚砜，竟然可以单独诱导人类naïve多能干细胞高效地分化为滋养外胚层样细胞，并进一步形成包含滋养外胚层、上胚层和下胚层这三系细胞的胚状体。这一由单一小分子驱动的简化模型，不仅重现了人类囊胚着床前后的关键特征，更成为了一个强大的工具，帮助研究者首次揭示了溶酶体酸化关键执行者——V-ATP酶在囊胚腔形成中不可或缺的、进化上保守的作用。
为了开展这项研究，作者们运用了一系列关键技术方法。他们使用了不同来源和培养条件（如PXGL和8CLC）的人naïve多能干细胞系，通过二维和三维培养体系，结合延时活细胞成像、透射电子显微镜、单细胞RNA测序、ATAC-seq（检测染色质可及性）以及SCENIC（单细胞调控网络分析）等技术，系统评估了DMSO诱导的细胞和胚状体的转录组、表观基因组、细胞形态、谱系分化和发育潜能。此外，还通过基因敲低、过表达以及药理学抑制等手段，在DMSO胚状体、小鼠囊胚和人囊胚等多个体系中验证了V-ATP酶的功能。
DMSO促进人naïve PSCs的TE分化
研究人员首先在二维培养中发现，DMSO能有效下调多能性基因，上调TE关键转录因子GATA3，并诱导形成充满液体的囊状结构。RNA-seq和ATAC-seq分析表明，DMSO处理导致染色质可及性和基因表达谱向TE谱系特异性转变，其效果与已知的TE诱导方案相似。这表明DMSO本身就能启动TE分化的基因调控程序。
DMSO增强着床前后胚状体的形成
在已有的复杂胚状体诱导方案中添加低剂量DMSO，能显著提高囊胚腔形成效率和可重复性。重要的是，研究人员首次实现了从单个人naïve多能干细胞克隆性生成包含三系细胞的胚状体。单细胞转录组分析证实，这些胚状体细胞与人类囊胚相应谱系的转录谱高度相似。
仅用DMSO即可诱导胚状体，无需其他谱系指令性信号
更令人惊奇的是，研究人员优化出了仅用3% DMSO（配合后期添加的LPA以增强下胚层形成）的“极简”方案。该方案诱导的胚状体不仅效率高，其滋养外胚层的极性组织、着床窗口期的附着效率、以及附着后上胚层的腔形成和谱系持续扩张能力，均优于或类似于之前的复杂方案。这证明了DMSO强大的诱导能力。
仅用DMSO的胚状体模拟人类体外着床
DMSO胚状体能在基质胶上高效附着，并展开类似人类囊胚着床后的发育进程：向外扩展的滋养外胚层细胞分化为合体滋养层细胞和绒毛外滋养层细胞样细胞，并分泌hCG；内部的上胚层细胞则形成明显的羊膜腔样结构，并被下胚层细胞包围。单细胞转录组分析显示，附着后的结构含有与着床后人类胚胎相对应的细胞类型。
DMSO诱导囊胚腔形成的信号需求
机制探索表明，DMSO的效应不依赖于视黄酸信号，但需要非典型PKC的活性以建立细胞极性。此外，DMSO处理导致细胞周期G1期阻滞，这可能与其促进分化的功能相关。
溶酶体通路是DMSO诱导基底侧腔化和囊胚腔形成的基础
对DMSO诱导的TE细胞进行深入分析发现，溶酶体通路基因被特异性上调，其中许多基因在人类囊胚的TE细胞中也高表达，包括多个V-ATP酶亚基基因。活细胞成像和电镜观察显示，DMSO诱导的TE细胞在基底侧积累了大量的内吞囊泡、溶酶体和大型胞内空泡，这些空泡通过融合、“水力压裂”细胞间连接，最终形成囊胚腔。
V-ATP酶在人胚状体囊胚腔形成中的功能需求
功能实验证实，V-ATP酶是DMSO诱导囊胚腔形成所必需的。药理学抑制或遗传敲低V-ATP酶的关键亚基（如ATP6V0A4或ATP6V1B1），会破坏溶酶体酸化，阻断胞内空泡形成，并严重损害胚状体的囊胚腔形成。而过表达这些亚基则可以回救表型。进一步的跨物种验证表明，抑制V-ATP酶功能同样会损害小鼠和人类囊胚的囊胚腔形成，揭示了该机制的进化保守性。最后，研究还发现DMSO能诱导细胞膜生物力学特性的改变，提示其作用模式可能不同于传统的基于信号通路的小分子。
综上所述，这项研究建立了一个仅由DMSO这一单一小分子驱动的人胚状体新模型。该模型简单、稳健、高效，并能从单细胞克隆性生成，为大规模遗传筛选和发育机制研究提供了理想平台。利用这一模型，研究者取得了重要发现：他们首次揭示了溶酶体通路，特别是V-ATP酶介导的囊泡酸化，在哺乳动物囊胚腔形成这一关键形态发生事件中扮演着核心且保守的角色。这不仅深化了我们对生命最初形态构建机制的理解，也为研究着床失败、早期妊娠丢失等相关生殖医学问题提供了新的分子视角和潜在干预靶点。
