人體內(nèi)的50萬(wàn)億個(gè)、幾百種的細(xì)胞最初均來(lái)源于一個(gè)細(xì)胞——受精卵，隨后受精卵經(jīng)胚胎發(fā)育，胚胎中的細(xì)胞“世代繁衍”，最終“生成”完整的個(gè)體。探尋細(xì)胞“家族”的“族譜”，追溯它們?cè)谂咛グl(fā)育早期的“祖先”，解析他們的“血統(tǒng)”，對(duì)于人們了解生命起源，“追蹤”疾病至關(guān)重要。
今天凌晨，中科院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生化與細(xì)胞所）景乃禾研究組與多位科學(xué)家合作，成功繪制小鼠早期胚胎發(fā)育過程中高精度的細(xì)胞“繁衍”三維立體時(shí)空?qǐng)D，為細(xì)胞家族“尋根”。這一成果或改寫細(xì)胞“家譜”，為干細(xì)胞的產(chǎn)生來(lái)源提供新的思路，推動(dòng)干細(xì)胞治療和相關(guān)藥物篩選工作的發(fā)展。該成果被國(guó)際同行認(rèn)為是對(duì)經(jīng)典發(fā)育生物學(xué)層級(jí)譜系理論的重大修正和補(bǔ)充，將極大推動(dòng)早期胚胎發(fā)育和干細(xì)胞再生醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。該研究發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》。
“我是誰(shuí)？”“從哪里來(lái)？”“到哪里去？”……生命作為自然最美的杰作，其誕生、成長(zhǎng)的故事令人著迷。經(jīng)典發(fā)育生物學(xué)相關(guān)理論認(rèn)為，在早期胚胎發(fā)育階段，受精卵先發(fā)育成囊胚，再由囊胚形成外、中、內(nèi)三個(gè)胚層。外胚層最終發(fā)育成機(jī)體的神經(jīng)、皮膚等組織，中胚層發(fā)育成心臟、血液、肌肉和骨骼等組織，內(nèi)胚層則發(fā)育成肺、肝、胰腺和腸等內(nèi)臟器官。因此，外、中、內(nèi)三胚層的形成過程對(duì)于胚胎發(fā)育的正常進(jìn)行十分重要，并影響胎兒是否能夠順利從母體誕生。正如英國(guó)著名發(fā)育生物學(xué)家Lewis Wolpert所說(shuō)：“人生最重要的階段不是出生和結(jié)婚，甚至不是死亡，而是原腸運(yùn)動(dòng)?！倍@其中，細(xì)胞如何“繁衍”，如何“分化”，又如何決定自己的命運(yùn)走向并不清楚，構(gòu)成生命之樹的每一個(gè)細(xì)胞從胚胎時(shí)期開始的成長(zhǎng)脈絡(luò)仍有待揭示。
景乃禾研究團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)兩年多努力，建立了一種全新技術(shù)方法，他們分別選取小鼠早期胚胎中不同空間位置和不同發(fā)育時(shí)間的細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，成功繪制了一張同時(shí)包含時(shí)間、空間信息的高精度細(xì)胞“成長(zhǎng)軌跡”立體圖?？茖W(xué)家們可以通過這張“百科全書式”的“成長(zhǎng)軌跡”圖追溯不同胚層細(xì)胞的“祖先”。
在一系列“追根溯源”后他們發(fā)現(xiàn)，原本被認(rèn)為全部由上胚層發(fā)育而來(lái)的內(nèi)胚層細(xì)胞，有一部分極有可能“越過”上胚層直接來(lái)自于原始內(nèi)胚層，而一些特定的原本被認(rèn)為沿不同分化路徑而來(lái)的中胚層和外胚層細(xì)胞，則可能有著共同的“前身”細(xì)胞，這些發(fā)現(xiàn)顛覆了人們對(duì)傳統(tǒng)“細(xì)胞家譜”的認(rèn)知。
近年來(lái)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域大放異彩的干細(xì)胞研究中，科學(xué)家們多“遵循”細(xì)胞的“成長(zhǎng)”路徑從多能干細(xì)胞中分化得到該細(xì)胞的“前身”細(xì)胞，用于再生醫(yī)學(xué)與疾病相關(guān)的研究。而景乃禾研究團(tuán)隊(duì)這一或?qū)⒏膶懠?xì)胞“族譜”的發(fā)現(xiàn)，有助于人們完善肝臟、胰腺、脊髓等器官中細(xì)胞的分化體系，為未來(lái)人們分化得到這些器官中干細(xì)胞提供了新的可能途徑，這些新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞分化路徑甚至可能比基于“傳統(tǒng)細(xì)胞家譜”的路徑更加高效快捷。
此外，對(duì)于從細(xì)胞層面了解與小兒發(fā)育相關(guān)的疾病、甚至于對(duì)通過3D打印或異體構(gòu)建人體器官都有幫助。而團(tuán)隊(duì)建立的小鼠早期胚胎空間轉(zhuǎn)錄組“數(shù)據(jù)”網(wǎng)站，在國(guó)際同行看來(lái)，將在未來(lái)許多年持續(xù)引領(lǐng)該領(lǐng)域的發(fā)展。
原載于話匣子 2019年8月8日
作者：李雪梅
