科學家解析早期胚胎細胞的“成長之路”

中科院分子細胞科學卓越創新中心（生化與細胞所）景乃禾研究組與多位科學家合作，成功繪制小鼠早期胚胎發育過程中高精度的細胞“繁衍”三維立體時空圖，為細胞家族“尋根”。這一成果或改寫細胞“家譜”，為干細胞的產生來源提供新的思路，推動干細胞治療和相關藥物篩選工作的發展。

生命個體由受精卵經胚胎發育而來，胚胎中的細胞“世代繁衍”，最終“生成”完整的個體。探尋細胞“家族”的“族譜”，追溯它們在胚胎發育早期的“祖先”，解析他們的“血統”，對于人們了解生命起源，“追蹤”疾病至關重要。

生命作為自然最美的杰作，其誕生過程令人著迷。在早期胚胎發育階段，受精卵先發育成囊胚，再由囊胚形成外、中、內三個胚層。外胚層最終發育成機體的神經、皮膚等組織，中胚層發育成心臟、血液、肌肉和骨骼等組織，內胚層則發育成肺、肝、胰腺和腸等內臟器官。外、中、內三胚層的形成過程直接影響胎兒能否順利從母體誕生。而這其中，細胞如何“繁衍”，如何“分化”，又如何決定自己的命運走向并不清楚，構成生命之樹的每一個細胞從胚胎時期開始的成長脈絡仍有待揭示。

據介紹，景乃禾研究團隊建立一種全新技術方法，研究人員分別選取小鼠早期胚胎中不同空間位置和不同發育時間的細胞進行轉錄組學分析，成功繪制了一張同時包含時間、空間信息的高精度細胞“成長軌跡”三維立體圖。

“科學家們可以通過這張‘百科全書式’的‘成長軌跡’圖追溯不同胚層細胞的‘祖先’。” 景乃禾研究員表示，在一系列“追根溯源”后發現，原本被認為全部由上胚層發育而來的內胚層細胞，有一部分極有可能“越過”上胚層直接來自于原始內胚層，而一些特定的原本被認為沿不同分化路徑而來的中胚層和外胚層細胞，則可能有著共同的“前身”細胞，這些發現顛覆了人們對傳統“細胞家譜”的認知。

近年來在生物醫藥領域大放異彩的干細胞研究中，科學家們多“遵循”細胞的“成長”路徑從多能干細胞中分化得到該細胞的“前身”細胞，用于再生醫學與疾病相關的研究。

該論文共同第一作者、中科院廣州生物醫藥與健康研究院研究員彭廣敦解釋說，景乃禾團隊這一或將改寫細胞“族譜”的發現，有助于人們完善肝臟、胰腺、脊髓等器官中細胞的分化體系，為未來人們分化得到這些器官中干細胞提供了新的可能途徑，這些新發現的細胞分化路徑甚至可能比基于“傳統細胞家譜”的路徑更加高效快捷。

景乃禾表示，這項研究成果是對經典發育生物學層級譜系理論的重大修正和補充，將極大推動早期胚胎發育和干細胞再生醫學相關領域的發展。