從受精卵到胚胎，再到復雜的生命個體，細胞經(jīng)歷了無數(shù)代的分化和繁衍。但如何探尋細胞“家族”的“族譜”，追溯它們在胚胎發(fā)育早期的“祖先”，解析他們的“血統(tǒng)”，一直以來并不清楚。8月8日凌晨，中科院分子細胞科學卓越創(chuàng)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(fā)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(chǎn)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(fā)展。該研究發(fā)表于國際權威學術期刊《自然》。

　　在早期胚胎發(fā)育階段，受精卵先發(fā)育成囊胚，再由囊胚形成外、中、內(nèi)三個胚層。外胚層最終發(fā)育成機體的神經(jīng)、皮膚等組織，中胚層發(fā)育成心臟、血液、肌肉和骨骼等組織，內(nèi)胚層則發(fā)育成肺、肝、胰腺和腸等內(nèi)臟器官。外、中、內(nèi)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。

　　另一方面，得益于單細胞測序技術的快速發(fā)展，近年來對細胞的研究越來越深入。但這一技術有個問題——會喪失單個細胞的空間信息?！爸恢浪钦l，卻不知道從哪兒來，到哪兒去?！敝锌圃悍肿蛹毎茖W卓越創(chuàng)新中心（生化與細胞所）惠利健研究員表示。而細胞空間信息對于人們了解生命起源和“追蹤”疾病的源頭至關重要。

　　景乃禾研究團隊建立一種全新技術方法，他們分別選取小鼠早期胚胎中不同空間位置和不同發(fā)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?？茖W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”。外部評審專家評價說：“與其他高通量單細胞研究不同，采用空間轉錄組學技術，能夠保留樣本的位置，完全重建胚胎從5.5天到7.5天的發(fā)育過程，從獨特的視角來闡述胚胎形成的基因調(diào)控網(wǎng)絡。”

　　在一系列“追根溯源”后他們發(fā)現(xiàn)，原本被認為全部由上胚層發(fā)育而來的內(nèi)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(nèi)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(fā)現(xiàn)顛覆了人們對傳統(tǒng)“細胞家譜”的認知。

　　近年來在生物醫(yī)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(yī)學與疾病相關的研究。而景乃禾研究團隊這一或將改寫細胞“族譜”的發(fā)現(xiàn)，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(fā)現(xiàn)的細胞分化路徑甚至可能比基于“傳統(tǒng)細胞家譜”的路徑更加高效快捷。

　　原載于《上?？萍紙蟆?2019年8月9日 頭版頭條

　　作者：耿挺