2025年6月18日，東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、首席教授林承棋團(tuán)隊(duì)在哺乳動(dòng)物器官發(fā)育領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“小鼠早期器官發(fā)生期完整胚胎數(shù)字重建”（Digital Reconstruction of Full Embryos During Early Mouse Organogenesis）為題發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上。
在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育中，源自原腸胚的內(nèi)中外三胚層通過協(xié)同作用驅(qū)動(dòng)器官發(fā)生。1924年，Spemann與Mangold通過兩棲類胚胎移植實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了調(diào)控外胚層器官原基與體軸形成的 “組織中心”（organization centre），并因此于1935年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。然而，盡管外胚層器官組織中心的研究已取得突破，但包括心臟在內(nèi)的中、內(nèi)胚層器官原基的精確定位及其形成的微環(huán)境研究卻面臨長期挑戰(zhàn)。
在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助下，東南大學(xué)林承棋/羅卓娟/謝芃團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)多家機(jī)構(gòu)，在單細(xì)胞數(shù)字胚胎構(gòu)建領(lǐng)域取得重大突破，全球首創(chuàng)單細(xì)胞精度三維數(shù)字胚胎，發(fā)現(xiàn)中、內(nèi)胚層器官原基決定區(qū)（Primordium Determination Zone, PDZ），成功破譯心臟發(fā)育密碼（圖 1）。這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明中、內(nèi)胚層器官原基形成的獨(dú)特微環(huán)境信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，更填補(bǔ)了哺乳動(dòng)物心臟早期發(fā)育機(jī)制的理論空白，為先天性心臟病等出生缺陷的防治與再生醫(yī)學(xué)提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。
圖1. 單細(xì)胞數(shù)字胚胎技術(shù)破譯早期心臟發(fā)育密碼
為解析器官原基如何從胚層起源這一核心問題，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了覆蓋小鼠原腸運(yùn)動(dòng)后期至心臟等器官原基形成期的單細(xì)胞精度三維數(shù)字胚胎，解析了小鼠早期心臟等中、內(nèi)胚層器官的動(dòng)態(tài)發(fā)育圖譜。基于此，聚焦其細(xì)胞微環(huán)境動(dòng)態(tài)，發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎E7.75天（中、內(nèi)胚層器官原基形成關(guān)鍵窗口期）的胚內(nèi)-胚外交界處存在一個(gè)獨(dú)特的信號(hào)“洼地”——器官原基決定區(qū)（PDZ）。PDZ緊鄰的胚內(nèi)、胚外部分分別呈高濃度的信號(hào)抑制分子和激活性配體分子，但區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)低信號(hào)活性"洼地"，表達(dá)多種受體信號(hào)基因，形成其易于接收多胚層信號(hào)的調(diào)控輸入，驅(qū)動(dòng)心臟與前腸等器官原基協(xié)同發(fā)育的微環(huán)境。通過空間組學(xué)技術(shù)，本研究首次揭示了PDZ作為匯聚跨胚層信號(hào)樞紐的核心作用：其通過整合WNT、BMP與FGF等通路，將微環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)化為基因選擇性表達(dá)指令，驅(qū)動(dòng)器官原基形成。該發(fā)現(xiàn)不僅闡明心臟器官原基形成的獨(dú)特微環(huán)境信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，更填補(bǔ)了哺乳動(dòng)物心臟早期發(fā)育機(jī)制的理論空白，為先天性心臟病防治與再生醫(yī)學(xué)提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。
東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院謝芃研究員，華大生命科學(xué)研究院沈娟副研究員，東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊屹副教授，福建省婦幼保健院王心睿研究員，香港中文大學(xué)（深圳）劉偉博士，東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院曹海龍教授為該論文的共同第一作者。東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院林承棋教授，華大生命科學(xué)研究院方曉東研究員，東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院羅卓娟教授，福建省婦幼保健院曹華教授，香港中文大學(xué)（深圳）劉瑾教授為該論文的共同通訊作者。東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院謝維教授，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院姚雪彪教授、劉行教授，廣州實(shí)驗(yàn)室景乃禾教授、楊賢法副研究員共同參與了本項(xiàng)研究。本項(xiàng)工作受到科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金的資助。
（供稿：林承棋、羅卓娟團(tuán)隊(duì)；審核：陳磊）
