单细胞数字胚胎“破译”心脏发育密码

2025年6月18日，东南大学教授林承棋、罗卓娟、谢芃领衔多家科研机构在国际学术期刊《细胞》上发表了一项研究成果，他们在全球首次构建单细胞精度三维数字胚胎，并在其中发现中内胚层器官的原基决定区，成功“破译”了心脏发育密码。以下是具体介绍：研究背景：在哺乳动物胚胎发育中，原肠胚的内中外三胚层协同作用驱动器官发生。自1924年发现调控外胚层器官原基与体轴形成的“组织中心”后，外胚层器官组织中心的研究取得突破，但包括心脏在内的中、内胚层器官原基的精确定位及其形成的微环境研究长期面临挑战。研究过程：科研团队借助华大时空组学技术Stereo - seq，对小鼠原肠运动后期至器官发生初期三个关键时间点（E7.5、E7.75、E8.0）的六个完整胚胎进行连续切片和测序，构建了覆盖小鼠原肠运动后期到心脏等器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎。他们建构了6个单细胞数字胚胎，每个胚胎细分为60个切片，累计解析数十万个细胞的基因表达信息，通过单细胞空间组学分析，如同给每个细胞装上“GPS定位”，记录其基因表达特征与空间位置。研究发现：在小鼠胚胎发育到7.75天时，胚内、胚外层交界处出现一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区（PDZ）。PDZ处于胚内层高浓度信号抑制分子与胚外层激活性配体分子的交界处，信号活性偏低，但可表达多种受体信号基因，易接收多胚层信号的调控输入，驱动心脏等器官原基协同发育的微环境。研究首次揭示了PDZ可通过整合无翅型相关整合位点、成纤维细胞生长因子、骨形态发生蛋白等通路，将微环境信号转化为基因选择性表达指令，驱动器官原基形成。研究意义：这一发现填补了哺乳动物心脏早期发育机制的理论空白，为先天性心脏病防治及再生医学发展提供关键理论基础。PDZ的发现为追溯心脏发育异常的起源提供了“时空坐标”，通过数字胚胎技术，科学家能精准定位决定中内胚层器官命运的细胞群，进而研究基因突变或环境因素对器官原基形成过程的影响。