我是谁？我从哪里来？上海科学家们的最新答案来了

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文章来源：新民晚报， 微信号：xmwb1929

新民晚报记者 郜阳

参观古宅时，往往会见到树状“族谱”。其实，细胞“家族”也有属于自己的“族谱”。生命个体由受精卵经胚胎发育而来，胚胎中的细胞“世代繁衍”，最终“生成”完整的个体。
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”，对于人们了解生命起源，“追踪”疾病至关重要。

新民晚报记者从今天上午的新闻发布会上获悉，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。



“英国发育生物学家刘易斯·沃尔伯特有这样一句话，我很赞同：人生最重要的阶段不是出生和结婚，甚至不是死亡，而是原肠运动。”景乃禾研究员说。生命作为自然最美的杰作，其诞生过程令人着迷——在早期胚胎发育阶段，受精卵通过细胞增殖和细胞分化形成囊胚；囊胚在子宫着床后经过原肠运动形成外、中、内三个胚层。外胚层将发育成机体的神经、皮肤等组织，中胚层将发育成心脏、血液、肌肉和骨骼等组织，而内胚层则发育成肺、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。



“通过细胞标记移植和谱系示踪方法，发育生物学家在上世纪**十年代已经初步建立了小鼠胚胎的细胞图谱。”景乃禾介绍，“这些研究发现，细胞‘在哪儿’，也就是它们的空间位置对其命运有重要影响。”不过，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还有待揭示。

景乃禾研究团队的一项重要工作，是建立了一种可以获得具有空间位置信息的少量细胞转录组图谱的技术方法。“在此之前，科学家们通过原位杂交或者原位的荧光染色对一些基因表达的空间分布进行研究，但这是较为低通量和较难掌握的研究方案。”研究团队合作者、广州生物医药与健康研究院研究员彭广敦告诉记者，“我们的方法则是通过激光显微切割在组织上直接捕获细胞，每个获取的样本都保留了位置信息。”经过大量的实验证明，该方法既可用于转录图谱的三维重建，也可以用于研究具有特殊结构的少量组织或细胞的转录组信息。



凭此方法，研究团队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”。

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。

“研究团队的这一发现，很大程度上回答了细胞‘我是谁’‘我从哪里来’的问题。”中科院分子细胞科学卓越创新中心（生化与细胞所）惠利健研究员点评称。景乃禾也笑道，接下去的工作正是解答细胞“要到哪里去”。

此项工作也得到了国外同行的高度评价：这一研究提供了哺乳动物胚胎学许多新的独到见解和最好的数据库资源。正是基于空间转录组方法，使这项研究的数据在未来许多年将持续引领该领域的发展。

该研究主要由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、中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所韩敬东研究组与中科院广州生物医药与健康研究院/广州再生医学与健康广东省实验室彭广敦研究组共同合作完成。

今天凌晨，该研究发表于国际权威学术期刊《自然》（Nature）。

编辑 李争