科學(xué)家解析早期胚胎細(xì)胞的“成長之路”

中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生化與細(xì)胞所）景乃禾研究組與多位科學(xué)家合作，成功繪制小鼠早期胚胎發(fā)育過程中高精度的細(xì)胞“繁衍”三維立體時(shí)空?qǐng)D，為細(xì)胞家族“尋根”。這一成果或改寫細(xì)胞“家譜”，為干細(xì)胞的產(chǎn)生來源提供新的思路，推動(dòng)干細(xì)胞治療和相關(guān)藥物篩選工作的發(fā)展。

生命個(gè)體由受精卵經(jīng)胚胎發(fā)育而來，胚胎中的細(xì)胞“世代繁衍”，最終“生成”完整的個(gè)體。探尋細(xì)胞“家族”的“族譜”，追溯它們?cè)谂咛グl(fā)育早期的“祖先”，解析他們的“血統(tǒng)”，對(duì)于人們了解生命起源，“追蹤”疾病至關(guān)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(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(gè)胚層。外胚層最終發(fā)育成機(jī)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(xì)胞如何“繁衍”，如何“分化”，又如何決定自己的命運(yùn)走向并不清楚，構(gòu)成生命之樹的每一個(gè)細(xì)胞從胚胎時(shí)期開始的成長脈絡(luò)仍有待揭示。

據(jù)介紹，景乃禾研究團(tuán)隊(duì)建立一種全新技術(shù)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(fā)育時(shí)間的細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，成功繪制了一張同時(shí)包含時(shí)間、空間信息的高精度細(xì)胞“成長軌跡”三維立體圖。

“科學(xué)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(xì)胞的‘祖先’。” 景乃禾研究員表示，在一系列“追根溯源”后發(fā)現(xiàn)，原本被認(rèn)為全部由上胚層發(fā)育而來的內(nèi)胚層細(xì)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(rèn)為沿不同分化路徑而來的中胚層和外胚層細(xì)胞，則可能有著共同的“前身”細(xì)胞，這些發(fā)現(xiàn)顛覆了人們對(duì)傳統(tǒng)“細(xì)胞家譜”的認(rèn)知。

近年來在生物醫(yī)藥領(lǐng)域大放異彩的干細(xì)胞研究中，科學(xué)家們多“遵循”細(xì)胞的“成長”路徑從多能干細(xì)胞中分化得到該細(xì)胞的“前身”細(xì)胞，用于再生醫(yī)學(xué)與疾病相關(guān)的研究。

該論文共同第一作者、中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院研究員彭廣敦解釋說，景乃禾團(tuán)隊(duì)這一或?qū)⒏膶懠?xì)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(xì)胞的分化體系，為未來人們分化得到這些器官中干細(xì)胞提供了新的可能途徑，這些新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞分化路徑甚至可能比基于“傳統(tǒng)細(xì)胞家譜”的路徑更加高效快捷。

景乃禾表示，這項(xiàng)研究成果是對(duì)經(jīng)典發(fā)育生物學(xué)層級(jí)譜系理論的重大修正和補(bǔ)充，將極大推動(dòng)早期胚胎發(fā)育和干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。