4月23日，我國科學家團隊在《細胞》發(fā)表有關(guān)人類原腸胚三維重建的研究論文。該工作構(gòu)建了完整胚胎中不同細胞類型與基因表達的三維空間分布點云圖，進而利用數(shù)字3D重構(gòu)了首個完整人類原腸胚模型，首次揭示了人類胚胎尾端組織中心調(diào)控原腸運動。此項研究工作填補了原腸胚階段人類胚胎各細胞譜系發(fā)育知識的空白。
原腸運動形成過程與中胚層的遷移路徑示意圖（摘自“Larsen’s Human Embryology”）
中國科學院動物研究所和北京干細胞與再生醫(yī)學研究院研究員于樂謙、郭靖濤，中國農(nóng)業(yè)大學教授魏育蕾及中國科學院動物研究所王曉琰博士為論文通訊作者。
出于生命倫理的考慮，人類胚胎的體外培養(yǎng)被限制在14天內(nèi)，而人類原腸運動發(fā)生在受精后14至21天之間，因此被認為是人類發(fā)育的“黑匣子”。在原腸運動階段，只有一層細胞的囊胚會發(fā)生重組，形成一個含有3個胚層（即外胚層、中胚層和內(nèi)胚層）的結(jié)構(gòu)，而新形成的3個胚層細胞會組合并協(xié)調(diào)發(fā)育為各種器官。每一個胚層的細胞都能發(fā)育為特定的器官和組織。若能借助技術(shù)手段，了解自然情況下胚胎原腸運動發(fā)育景觀，對理解早期胚胎發(fā)育異常導致的流產(chǎn)和胎兒疾病的發(fā)病機制有深遠的臨床意義，并能為體外類胚胎模型的構(gòu)建提供藍圖。
（上）CS8胚胎結(jié)構(gòu)與空間轉(zhuǎn)錄組測序過程；（中）3D重構(gòu)點云圖與模式圖；（下）部分細胞亞群分布、信號在A-P軸上的分布與信號源示意圖
在該工作中，研究人員借助3D重構(gòu)胚胎。研究者發(fā)現(xiàn)，中胚層很有可能在尚未遷出原條時就已經(jīng)發(fā)生了細胞命運決定，分化為軸向中胚層、近軸中胚層、中間中胚層和側(cè)板中胚層等譜系，并依據(jù)決定好的命運遷移到相應(yīng)位置上。
此外，3D重構(gòu)的空間位置信息使研究者可以探索原腸運動過程中另外一個重要的事件，即體軸形成。哺乳動物的軀體有3條體軸——頭-尾軸、背-腹軸，以及左-右軸，各種組織器官沿著體軸依序排列。已知在脊椎動物胚胎發(fā)育過程中，主要依賴一類被稱為組織中心的細胞作用，令軀體3條體軸逐漸建立。該研究關(guān)注了7條發(fā)育過程中的重要細胞信號通路，并整合空間分布信息，分析了在軸向建立過程中信號配受體等的表達情況，發(fā)現(xiàn)在該時期人類胚胎尾部很可能存在一個和中部脊索類似的組織中心。這為窺探人類極早期胚胎發(fā)育打開了一扇全新的大門。
來源：中國科學報
原標題：科學家首次3D重構(gòu)完整人類原腸期胚胎
作者：記者李晨陽