撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

胚胎發育包含一系列錯綜復雜且分層次的細胞命運轉變，包括胚層形成以及隨后的器官發生。在哺乳動物胚胎發育過程中，由原腸胚形成而來的三個胚層——外胚層、中胚層和內胚層相互協作，啟動器官原基的形成。早期器官發生階段尤為關鍵，它為器官的形成奠定了基礎藍圖。這一階段具有廣泛的細胞命運程序化指定事件，并且對發育干擾的高度敏感性，使其成為研究正常胚胎發育和先天性畸形潛在機制的關鍵窗口。

2025 年 6 月 18 日 ， 東南大學林承棋教授 、 華大生命科學研究院方曉東研究員、東南大學/南通 大學羅卓娟教授、福建醫科大學曹華教授 、 香港中文大學（深圳）劉瑾副教授作為共同通訊作者，在國際頂尖學術期刊Cell上發表了題為 ： Digital reconstruction of full embryos during early mouse organogenesis 的研究論文。

該研究在器官發生早期（E7.5-E8.0）以單細胞分辨率重建了完整的 3D “數字胚胎” ，為早期器官形成提供了重要見解，也為研究 發育和疾病提供了一個獨特的空間平臺。

早期器官發生是胚胎發育中的關鍵階段，其特點是細胞命運的廣泛確定以啟動器官形成，但同時也具有較高的發育缺陷易感性。

在胚胎發育約第 7.5 天（E7.5）時，隨著小鼠胚胎開始折疊，胚胎經歷了其首次重大的形態轉變，這一轉變以諸如心管、原始腸管和頭部褶皺等關鍵結構的出現為標志。在這個階段，胚胎從數百個細胞迅速增殖到數萬個細胞，而器官形成的復雜過程則依賴于細胞的精確遷移、定位和分化。這些事件受到時空基因表達模式和復雜信號通路的嚴格調控。然而，參與早期器官發生過程的細胞的確切空間起源仍在研究之中。

盡管斯佩曼組織者（Spemann organizer）在 1924 年就已被證實對外胚層的模式形成起作用，但在早期器官發生過程中控制中胚層和內胚層譜系的調控原則仍未得到解決。單細胞 RNA 測序（scRNA-seq）已成為一種強有力的工具，能夠全面展現細胞類型組成、組織異質性以及發育過程中的基因表達情況。近年來，空間轉錄組學因其出色地能夠解讀區域化基因表達的能力而備受關注。然而，對整個器官甚至整個胚胎的空間轉錄組和細胞圖譜進行重建仍是一項重大挑戰。此外，在胚胎層面，細胞命運轉變背后的信號網絡在天然環境中的深入探索仍有待開展。

在這項最新研究中，研究團隊將空間轉錄組學方法Stereo-seq與細胞分割技術相結合，對來自 6 個 處于器官發生早期的胚胎（E7.5-E8.0）的 285 個連續切片進行了分析，生成了器官發生早期整個胚胎的空間轉錄組圖譜，其分辨率達到了單細胞水平。

通過開發可視化平臺SEU-3D，研究團隊重建了 3D “數字胚胎”，能夠精確反映原生胚胎環境中的基因表達模式和細胞狀態。

在此基礎上，研究團隊繪制了內胚層和中胚層衍生物的空間細胞圖譜，并揭示了復雜的跨胚層和細胞類型的信號網絡。此外，研究團隊還在 E7.75 的胚胎-胚外界面的前部確定了一個原基決定區（PDZ），揭示了在心臟原基形成過程中存在協調的信號交流。

這些研究結果共同構建了一個單細胞分辨率的全面時空胚胎圖譜，并輔以一個基于網絡的探索工具，便于在胚胎的原生環境中導航空間基因表達和信號網絡，為深入研究胚胎發育和疾病開辟了新途徑。

論文鏈接：

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