Cell：3D模型首次揭示人类胚胎尾端信号源调控原肠运动
发育生物学的先驱之一，刘易斯·沃伯特（Lewis Wolpert）曾那样说：出生、成亲、死亡都不是你一生中最重要的时刻，本肠活动才是。本肠活动（gastrulation）是指大局部植物胚胎发育中都会教训的一个阶段。正在原阶段中，只要一层细胞的囊胚会发作重组，造成一个含有三个胚层（即外胚层ectoderm、中胚层mesoderm、内胚层endoderm）的构造，而新造成的三个胚层细胞会组兼并协调发育为各类器官。每一个胚层的细胞都能发育为特定的器官和组织。
出于生命伦理的思考，人类胚胎的体外造就被限制正在14天内（即“14天规矩”），而人类本肠活动发作正在受精后14-21天之间，因而被认为是人类发育的“黑匣子”。只管基于多能干细胞体外构建的类胚胎构造能正在一定程度上协助咱们认识那个历程，然而受限于技术限制，目前类胚胎其真不能彻底真正在地反映胚胎发育轨迹。因而理解作做状况下胚胎本肠活动发育景不雅观对了解晚期胚胎发育异样招致的流产和胎儿疾病的发病机制有深远的临床意义，并能为体外类胚胎模型的构建供给蓝图。
为了精准地形容差异发育时期人类胚胎特征，上世纪晚期来自美国卡耐基钻研所的科学家们将人类胚胎发育的前八周分别为23个卡内基分期，即Carnegie stage（CS1-CS23）。本肠活动次要发作于CS7-CS8阶段。
2024年4月23日，中国科学院植物钻研所和北京干细胞取再生医学钻研院于乐谦钻研员、郭靖涛钻研员、中国农业大学魏育蕾教授及中国科学院植物钻研所王晓琰博士竞争，正在 Cell 期刊颁发了题为：3D Reconstruction of a Gastrulating Human Embryo 的钻研论文。
该钻研基于一枚贵重的CS8时期完好人类胚胎，操做间断横断面高甄别空间转录组切片，联结呆板进修算法停行三维对齐，构建了完好胚胎中差异细胞类型取基因表达的三维空间分布点云图，进而数字3D重构了首个完好人类本肠胚模型（图1）。
图1：3D重构人类CS8时期晚期胚胎，CS8胚胎构造取空间转录组测序历程（上），3D重构点云图取形式图（下）
人的生命始于精子取卵子融合造成受精卵，受精卵教训卵裂造成囊胚，囊胚正在6-7地利种植到母体子宫进一步发育。第14天初步，胚胎教训本肠活动，胚胎后部细胞发作大范围定向迁移，并造成本条（PrimitiZZZe Streak）。通过人类本肠胚的3D重构，可以让咱们正确地看到每一种细胞正在胚胎中的相对分布位置。将空间位置信息取细胞类群信息、基因表达信息相联结，让咱们能够愈加正确地界说差异的细胞类型，并且阐明其取四周细胞的做用干系。以中胚层细胞的造成为例，目前中胚层的迁移历程尚不清楚。
正在那项钻研中，借助3D重构胚胎，按照空间位置和特征基因停行阐明，钻研者发如今本条位置上，各种中胚层亚群，蕴含轴向中胚层（AVial Mesoderm）、近轴中胚层（ParaVial Mesoderm）、中间中胚层（Intermediate Mesoderm）、侧板中胚层（Lateral Plate Mesoderm）、以及胚外中胚层前体细胞（EVtraembryonic Mesoderm progenitor）等，沿着头端自尾端（A-P轴）的标的目的顺利布列。那讲明中胚层很有可能正在尚未迁出本条时就曾经发作了细胞命运决议，并按照决议好的命运迁移到相应位置上。该工做填补了本肠胚阶段人类胚胎各细胞谱系发育知识空皂。
更重要的是，3D重构的空间位置信息使得钻研者们可以去摸索本肠活动历程中此外一个重要的变乱，即体轴造成。哺乳植物的躯体有三条体轴：头-尾轴（A-P），背-腹轴（D-x），以及右-左轴（L-R），各类组织器官沿其依序布列。咱们已知正在脊椎植物胚胎发育历程中，次要依赖于一类被称为组织核心（Organizer）的细胞做用，令躯体三条体轴逐渐建设。
该钻研中关注了七条发育历程中的重要细胞信号通路（FGF/WNT/TGF-β/SHH/NODAL/BMP/RA pathway），并整折空间分布信息，阐明了正在轴向建设的历程中信号配受体等的表达状况，发如今该时期人类胚胎尾部很可能存正在一个和中部脊索类似的组织核心，为窥探人类极晚期胚胎发育翻开了一扇全新的大门。
鉴于3D模型以论文图片模式展示的挑战，为了便于更多读者了解和运用钻研结果，论文做者们还同时建设并发布了可互动共享网站：cs8.3dembryoss
中国科学院植物钻研所和北京干细胞取再生医学钻研院于乐谦钻研员、郭靖涛钻研员、中国农业大学魏育蕾教授及中国科学院植物钻研所王晓琰博士为该论文的通讯做者，中国科学院植物钻研所和北京干细胞取再生医学钻研院的王红梅钻研员为资深做者。
论文链接：
hts://ss.cellss/cell/abstract/S0092-8674(24)00357-X
本题目：《Cell：于乐谦/郭靖涛/魏育蕾/王晓琰等3D重构人类本肠期胚胎，初度提醉人类胚胎尾端信号源调控本肠活动》