北京大學最新Cell論文，徐成冉團隊揭示單細胞分辨率下內胚層器官發(fā)生的時空軌跡與遺傳譜系

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來源：生物世界

2025-01-17

2025 年 1 月 16 日，北大徐成冉團隊在《Cell》發(fā)表論文，整合多種技術在單細胞分辨率下全面解析哺乳動物內胚層器官發(fā)生過程，提出新的細胞分化模型，為發(fā)育生物學和再生醫(yī)學提供重要支持。

哺乳動物內胚層通過復雜的細胞命運決定過程發(fā)育為呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及多個附屬器官。然而，對于這些器官發(fā)生的早期細胞分化過程，尤其是胚胎第8.5天（E8.5）至第9.5天（E9.5）的關鍵階段，目前仍缺乏全面的理解。

2025 年 1 月 16 日，北京大學基礎醫(yī)學院、女性生育力促進全國重點實驗室、北大-清華生命科學聯(lián)合中心徐成冉團隊在國際頂尖學術期刊 Cell 上發(fā)表了題為：Spatiotemporal and genetic cell lineage tracing of endodermal organogenesis at single-cell resolution 的研究論文。

該研究整合遺傳追蹤、單細胞分析及高分辨率成像技術，在單細胞分辨率下全面解析了哺乳動物內胚層的器官發(fā)生過程，提出了新的內胚層細胞分化模型，為發(fā)育生物學和再生醫(yī)學研究提供了重要的理論支持。

細胞分化模型

在這項最新研究中，研究團隊設計了創(chuàng)新性的遺傳追蹤編碼，結合單細胞轉錄組測序（scRNA-seq）和時間序列成像技術，對 14 個內胚層亞區(qū)的譜系軌跡及空間分布進行了精準分析。

該研究的核心發(fā)現：

1、創(chuàng)新的遺傳追蹤編碼：研究團隊利用 Cre-loxP 系統(tǒng)開發(fā)了 9 種轉基因小鼠品系，實現了對 14 個內胚層亞區(qū)的單獨追蹤與標記。通過熒光蛋白標記，這些編碼使每個內胚層亞區(qū)的遺傳身份清晰可辨。

2、揭示內胚層的多潛能與多起源現象：通過單細胞轉錄組測序和譜系親和指數（Lineage Affinity Index，LAI）分析，研究發(fā)現大多數內胚層亞區(qū)具有多種發(fā)育潛能。同時，器官原基發(fā)育表現出廣泛的多起源現象。例如，肺、胃、肝、胰腺、小腸和大腸等器官均由多個亞區(qū)共同貢獻，揭示了器官發(fā)生過程中廣泛的多起源現象。

3、器官發(fā)生的空間模式：通過高質量的成像技術進一步解析了內胚層器官發(fā)生的空間軌跡，發(fā)現器官發(fā)生在空間上呈現“混合型”和“拼接型”兩種模式?；旌闲停ㄈ绶魏透危╋@示不同來源細胞的混合分布，而拼接型（如胃腸道）表現為不同來源細胞在空間上的區(qū)域拼接。

4、重新定義胰腺發(fā)育路徑：研究揭示了胰腺的多元發(fā)育路徑，發(fā)現早期胰腺內分泌細胞直接來源于內胚層細胞，而非傳統(tǒng)觀點中的胰腺祖細胞。

內胚層器官