哺乳動物的早期胚胎發(fā)育是一個高度有序且精密調控的過程，其關鍵性事件的正常進行為后續(xù)的器官發(fā)生和個體發(fā)育奠定了基礎。理解早期胚胎發(fā)育機制，是研究胚胎期疾病起源、器官發(fā)育異常的關鍵，對預防出生缺陷等至關重要。

6月18日，東南大學聯合華大生命科學研究院、福建省婦幼保健院、四川大學、中國香港中文大學(深圳)等機構組成的科研團隊，在國際頂級學術期刊《細胞》（Cell）發(fā)表小鼠胚胎發(fā)育研究成果。在這項被評審人稱為“史無前例”的研究中，研究團隊利用華大時空組學技術Stereo-seq，成功構建全球首個單細胞精度的小鼠“3D數字胚胎”，并首次揭示了影響小鼠心臟、前腸等器官原基發(fā)育的關鍵信號。該研究成果為哺乳動物早期器官發(fā)育提供重要參考圖譜，更為先天性心臟病等出生缺陷防治提供基礎科學依據。

Cell 官網截圖

以單細胞分辨率重建“3D數字胚胎”

在哺乳動物的胚胎發(fā)育過程中，有一個階段極為脆弱，大約30%的出生缺陷，如先天性心臟病、神經管畸形等，均源于該階段中細胞命運決定或遷移過程中的時空紊亂。這個階段便是從原腸運動后期到器官發(fā)生早期，哺乳動物胚胎會經歷指數級的細胞擴增——從數百個細胞增加到數萬個，并發(fā)生首次劇烈的形態(tài)變化。

由于該階段的胚胎結構精細且體積微?。▋H1-2毫米），精確測定每一個細胞的空間定位與基因表達水平變得極為關鍵。為此，研究團隊借助Stereo-seq技術，對小鼠原腸運動后期至器官發(fā)生初期三個關鍵時間點（E7.5, E7.75, E8.0）的六個完整胚胎進行連續(xù)切片和測序，成功捕獲了104,343個高質量細胞，構建了高分辨率的三維動態(tài)“數字胚胎”。數字胚胎胚層結構清晰，準確還原了脊索、原條、原結等組織的形態(tài)特征。

研究團隊構建的小鼠“3D數字胚胎”

此外，研究團隊揭示了小鼠胚胎從原腸運動后期到器官發(fā)生早期腸道細胞類型的動態(tài)變化、空間分布及關鍵基因表達特征，解析了原始腸管形成的早期事件和細胞亞型的時空特征，為理解腸道發(fā)育機制提供了重要依據。

揭示心臟、前腸等器官發(fā)育的關鍵信號

研究團隊通過Stereo-seq技術發(fā)現，緊鄰胚內-胚外交界處存在一個獨特的信號“洼地”。心臟和前腸器官原基在此富集，因此將其稱為器官原基決定區(qū)。該區(qū)域形成了獨特的信號微環(huán)境，這種微環(huán)境推動了心臟與前腸等器官原基的協同發(fā)育。這意味著，該區(qū)域的關鍵信號通路對心臟和前腸器官發(fā)育起著決定性作用，一旦發(fā)生異常，將導致后續(xù)器官發(fā)育畸形。

細胞亞型劃分與3D重構對于理解器官如何起源具有重要意義，最具代表性的就是心臟的早期發(fā)育過程。研究團隊通過精確劃分和空間重構E8.0天的心肌與心臟祖細胞亞型，并利用3D空間Spateo算法對第一心區(qū)FHF細胞進行定位，發(fā)現這些細胞與前端第二心區(qū)aSHF細胞在胚胎前端的胚內-胚外交界處呈混合分布。這一發(fā)現為理解心臟早期發(fā)育過程中細胞亞型的分化和空間排列提供了重要依據，有助于深入解析心臟原基形成的早期細胞行為和分子機制。

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文章共同通訊作者、華大生命科學研究院副院長方曉東表示：“得益于華大時空組學Stereo-seq 500nm的高分辨率的獨特優(yōu)勢，本次研究重建了首個完整的、單細胞分辨率的3D數字化胚胎，為早期器官發(fā)生提供了重要見解，并為研究發(fā)育和疾病提供了數據資源和技術方法。目前Stereo-seq技術已廣泛應用于組織器官的3D圖譜構建，幫助進一步加深我們對器官結構和功能關系的理解。”

東南大學林承棋教授、華大生命科學研究院副院長方曉東研究員、東南大學羅卓娟教授、福建省婦幼保健院曹華教授、中國香港中文大學(深圳)劉瑾教授為論文共同通訊作者。東南大學謝芃研究員、華大生命科學研究院沈娟副研究員、東南大學楊屹副研究員、福建省婦幼保健院王心睿研究員、四川大學劉偉研究員、東南大學中大醫(yī)院曹海龍教授為論文共同第一作者。本項工作受到科技部重點研發(fā)項目和國家自然科學基金的資助。

文章鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00622-1

編輯：李麗