北理工團隊連續發表兩篇高水平文章
發布日期：2025-05-09 供稿：生命學院 攝影：生命學院
編輯：肖雯 審核：常非 閱讀次數：
5月8日，北京理工大學生命學院肖振宇課題組聯合中國科學院動物研究所于樂謙研究員、郭靖濤研究員，中國農業大學魏育蕾教授團隊，在《Cell Stem Cell》雜志上發表最新研究成果，論文題為“3D reconstruction of a human Carnegie Stage 9 embryo provides a snapshot of early body plan formation”。
該研究延續了本團隊在人類早期胚胎發育研究中的系列重大突破（2024，Cell；2025, Nat Cell Biology ），在系統解析人類CS7時期胚胎（原腸運動起始期）及CS8時期胚胎（原腸運動結束期）的前—后體軸建立的關鍵信號源與分子機制，并證實人類胚胎尾部存在信號中心的基礎上，本次工作首次實現了對CS9時期人類胚胎的三維數字重建，全面揭示了原腸運動尾聲與器官發生序章交匯時期的胚胎結構與發育藍圖，呈現出人類器官建立初期的整體發育圖景。
北京理工大學博士研究生楊景宇、謝鑫煒為論文的共同第一作者，肖振宇教授為共同通訊作者，北京理工大學為主要合作單位之一。
系列突破：逐步揭示人類胚胎發育“設計藍圖”
從原腸運動到器官發生，從體軸建立到器官原基形成，團隊歷時兩年，圍繞人類早期胚胎發育關鍵過程，構建起系統性的研究框架，已在國際頂級期刊連發三篇高水平論文，本研究的主要發現包括：
1. 人類后腦（hindbrain, HB）的雙向起源
本研究首次揭示人類后腦具有雙重發育來源。其中，位于前部的HB細胞（HB-a）起源于CS8階段的上胚層/外胚層（Epi/Ecto），由神經外胚層（原發性神經細胞）發育形成。而位于后部的HB細胞（HB-p）則來源于CS8階段的原條/原腸化細胞（Gast/PS），由NMP（神經中胚層前體，次級神經細胞）發育形成。
2. NMP（neuromesodermal progenitor）的空間定位及分化命運
本研究明確了人類NMP（神經中胚層前體）具有雙向分化潛能，可分別分化為神經譜系（NMP-N，SOX2高表達）和中胚層譜系（NMP-M，TBXT高表達）。并首次發現WNT和FGF信號在背腹方向的梯度分布驅動NMP發生命運抉擇，使其在胚胎背腹軸上呈現“雙層結構”，背側為趨向神經的NMP-N，腹側為趨向中胚層/體節的NMP-M。通過跨物種比較分析，提示人類在NMP階段已開始顯現與非靈長類動物不同的神經發育特征。
3. 造血和生殖系統的早期發育
研究團隊在CS9階段的心內膜管（ECT）和主動脈形成區域發現存在多個經典造血內皮細胞（HECs）標志基因的表達，如CD34、KDR、PROCR和PECAM1，提示該區域可能是人類最早期造血起始的關鍵位點。
此外，在后腸（Hindgut）與尿囊（Allantois）區域發現原始生殖細胞（PGCs）標志物表達，表明CS9期PGCs已遷移至AGM區域，Allantois可能作為遷移過程中的中轉節點。且在中間中胚層（Int.Meso）中檢測到多個前腎標志基因（如PAX2、PAX8、LHX1），提示人類生殖系統的形態雛形已開始建立。但由于更晚期生殖嵴標志基因LHX9和EMX2并未表達，說明生殖嵴尚未完全形成。
綜上，本研究通過對單一剖面的胚胎空間轉錄組圖譜進行數字重建，繪制出一張前所未有的發育“施工圖”。除以上亮點，研究主要發現還包括：原始心腔中已出現心肌與心內膜的分化，潛在造血位點被提出；中腦-后腦邊界存在關鍵的峽部組織者Isthmic Organizer，調控腦區發育分區等。
人類胚胎發育的第三周（原腸運動時期）是各譜系“從無到有“的關鍵期，扁平的三胚層結構被折疊，快速分化出脊髓、心臟、腸道等器官的雛形；第三周也是信號通路密集激活的"爆發期"，Wnt/β-catenin、BMP/TGF-β等信號通路調控原條形成、體軸建立、中胚層分化等過程。雖然原腸運動過程中各譜系相互影響相互調控，但僅僅一周的時間胚胎就發生了巨大的變化，從二胚層到三胚層再折疊為管狀結構，僅僅依靠傳統組學的研究方法難以捕捉瞬時且劇烈的變化。為此，該團隊與前期系列工作共同建立了人類胚胎原腸運動三維全景圖。該系列研究具有重要的理論和應用價值，包括為人類早期發育與器官形成提供系統性的三維分子參考；為推動干細胞分化和類器官培養技術的優化，以及為先天性畸形等發育異常疾病的機制研究提供新的標準等。目前，基于上述工作，研究團隊正致力于利用發現的信號通路在體外精準模擬上述器官發生過程，為再生醫學治療提供新的思路。此外，研究團隊已公開所有數據和分析工具，并分別建立了交互式數據庫，鏈接如下：
卡內基階段7（CS7）：https://cs7.3dembryo.com/
卡內基階段8（CS8）：http://cs8.3dembryo.com/
卡內基階段9（CS9）：https://cs9.3dembryo.com/
原文鏈接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(25)00142-0
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