人体内的50万亿个、几百种的细胞最初均来源于一个细胞——受精卵，随后受精卵经胚胎发育，胚胎中的细胞“世代繁衍”，最终“生成”完整的个体。探寻细胞“家族”的“族谱”，追溯它们在胚胎发育早期的“祖先”，解析他们的“血统”，对于人们了解生命起源，“追踪”疾病至关重要。
今天凌晨，中科院分子细胞科学卓越创新中心（生化与细胞所）景乃禾研究组与多位科学家合作，成功绘制小鼠早期胚胎发育过程中高精度的细胞“繁衍”三维立体时空图，为细胞家族“寻根”。这一成果或改写细胞“家谱”，为干细胞的产生来源提供新的思路，推动干细胞治疗和相关药物筛选工作的发展。该成果被国际同行认为是对经典发育生物学层级谱系理论的重大修正和补充，将极大推动早期胚胎发育和干细胞再生医学相关领域的发展。该研究发表于国际权威学术期刊《自然》。
“我是谁？”“从哪里来？”“到哪里去？”……生命作为自然最美的杰作，其诞生、成长的故事令人着迷。经典发育生物学相关理论认为，在早期胚胎发育阶段，受精卵先发育成囊胚，再由囊胚形成外、中、内三个胚层。外胚层最终发育成机体的神经、皮肤等组织，中胚层发育成心脏、血液、肌肉和骨骼等组织，内胚层则发育成肺、肝、胰腺和肠等内脏器官。因此，外、中、内三胚层的形成过程对于胚胎发育的正常进行十分重要，并影响胎儿是否能够顺利从母体诞生。正如英国著名发育生物学家Lewis Wolpert所说：“人生最重要的阶段不是出生和结婚，甚至不是死亡，而是原肠运动。”而这其中，细胞如何“繁衍”，如何“分化”，又如何决定自己的命运走向并不清楚，构成生命之树的每一个细胞从胚胎时期开始的成长脉络仍有待揭示。
景乃禾研究团队历经两年多努力，建立了一种全新技术方法，他们分别选取小鼠早期胚胎中不同空间位置和不同发育时间的细胞进行转录组学分析，成功绘制了一张同时包含时间、空间信息的高精度细胞“成长轨迹”立体图。科学家们可以通过这张“百科全书式”的“成长轨迹”图追溯不同胚层细胞的“祖先”。
在一系列“追根溯源”后他们发现，原本被认为全部由上胚层发育而来的内胚层细胞，有一部分极有可能“越过”上胚层直接来自于原始内胚层，而一些特定的原本被认为沿不同分化路径而来的中胚层和外胚层细胞，则可能有着共同的“前身”细胞，这些发现颠覆了人们对传统“细胞家谱”的认知。
近年来在生物医药领域大放异彩的干细胞研究中，科学家们多“遵循”细胞的“成长”路径从多能干细胞中分化得到该细胞的“前身”细胞，用于再生医学与疾病相关的研究。而景乃禾研究团队这一或将改写细胞“族谱”的发现，有助于人们完善肝脏、胰腺、脊髓等器官中细胞的分化体系，为未来人们分化得到这些器官中干细胞提供了新的可能途径，这些新发现的细胞分化路径甚至可能比基于“传统细胞家谱”的路径更加高效快捷。
此外，对于从细胞层面了解与小儿发育相关的疾病、甚至于对通过3D打印或异体构建人体器官都有帮助。而团队建立的小鼠早期胚胎空间转录组“数据”网站，在国际同行看来，将在未来许多年持续引领该领域的发展。
原载于话匣子 2019年8月8日
作者：李雪梅
