从受精卵到胚胎，再到复杂的生命个体，细胞经历了无数代的分化和繁衍。但如何探寻细胞“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”，一直以来并不清楚。8月8日凌晨，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。该研究发表于国际权威学术期刊《自然》。
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。外、中、内三胚层的形成过程直接影响胎儿能否顺利从母体诞生。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。
另一方面，得益于单细胞测序技术的快速发展，近年来对细胞的研究越来越深入。但这一技术有个问题——会丧失单个细胞的空间信息。“只知道它是谁，却不知道从哪儿来，到哪儿去。”中科院分子细胞科学卓越创新中心（生化与细胞所）惠利健研究员表示。而细胞空间信息对于人们了解生命起源和“追踪”疾病的源头至关重要。
景乃禾研究团队建立一种全新技术方法，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”三维立体图。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”。外部评审专家评价说：“与其他高通量单细胞研究不同，采用空间转录组学技术，能够保留样本的位置，完全重建胚胎从5.5天到7.5天的发育过程，从独特的视角来阐述胚胎形成的基因调控网络。”
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。
原载于《上海科技报》 2019年8月9日 头版头条
作者：耿挺
