Nature | 中国科学院王红梅/郭帆/安徽医科大学蒋祥祥等合作揭示灵长类动物在单细胞分辨率下的原肠胚形成和早期器官发生

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对人类早期发育的了解由于有限的获取胚胎组织途径而受到严重阻碍。鉴于非人类灵长类动物与人类密切的进化关系，其经常被用作了解人类发育的替代品，但目前缺乏体内数据集，特别是从原肠胚形成到早期器官发生，在此期间主要胚胎细胞类型是动态指定的。

2022年12月14日，中国科学院动物研究所王红梅、郭帆、美国德克萨斯大学吴军及安徽医科大学蒋祥祥共同通讯在Nature 在线发表题为“Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution”的研究论文，该研究揭示了灵长类动物在单细胞分辨率下的原肠胚形成和早期器官发生。为了填补这一空白，该研究收集了6个Carnegie 8-11期食蟹猴胚胎，并对56,636个单细胞进行了深入的转录组学分析。

该研究的分析显示了主要胃肠胚形成细胞类型的转录组特征，这有助于阐明灵长类动物的形态发生事件，包括原始条纹发育、躯体发生、肠管形成、神经管模式和神经嵴分化。此外，通过对小鼠胚胎和人类胚状体的比较分析，发现了跨物种胃肠胚形成发育的保守性和差异性特征—例如，在体细胞前中胚层分化过程中对Hippo信号的物种特异性依赖—并为人类早期器官发生的相关干细胞模型提供了初步评估。这一全面的单细胞转录组图谱不仅填补了非人灵长类动物研究领域的知识空白，而且为了解人类胚胎发生和发育障碍提供了宝贵的资源。

在人类中，由于研究胚胎的途径有限，原肠胚形成和早期器官发生的发育阶段在很大程度上仍然是一个“黑匣子”。最近，来自6个流产的人类胚胎(1个Carnegie stage (CS) 7，5个CS12-16 )和15个CS3-7食蟹猴胚胎的单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据被获得，为研究灵长类动物早期种植后发育提供了宝贵的资源。

尽管取得了这些进展，但人类和非人类灵长类动物(NHP)胚胎的CS8-11单细胞转录组仍然无法获得，这严重阻碍了对灵长类动物胃肠周围发育和几种最常见先天性畸形病因的研究。为了填补这一知识空白，该研究生成了CS8-11食蟹猴胚胎的综合单细胞图谱，并研究了灵长类动物在这一关键发育时期的主要分子和细胞过程。

食蟹猴胚胎神经细胞的发育图景（图源自Nature ）

在这项研究中确定了38个主要的细胞簇，并揭示了灵长类动物在原肠胚形成和早期器官发生过程中存在的所有三个主要胚层的发育景观。然后，该研究将CS8-11食蟹猴胚胎的单细胞转录组与处于相似发育阶段的小鼠胚胎进行了比较，并深入了解了物种间保守和不同的转录组特征。此外，该研究还展示了CS8-11猴胚胎数据集作为人体干细胞胚胎模型验证的体内参考的效用。

由于NHPs在进化上与人类相似，为理解人类胚胎发生提供了最接近的代理。该研究从CS8到CS11的NHP物种的综合单细胞转录组图谱不仅弥补了灵长类胚胎发生的知识差距，而且扩大了胚胎数据集的收集，用于比较发育生物学、胚状体和类器官模型的基准测试。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05526-y

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