今年，Cell杂志评选出的Best of Cell 2024中，精选了12篇具有突破性的研究论文。这些论文揭示了许多长期悬而未决的科学谜题，既有趣又富有意义。例如，为什么自身免疫性疾病患者多为女性？睡眠不足的危害究竟是什么？一年生植物如何能够转变为多年生植物？研究“青铜时代的奶酪”能带来哪些新知？某些基因突变如何帮助抵御阿尔茨海默病？此外，还有关于人类胚胎在原肠胚期的3D重建影像的研究，以及针对1型糖尿病的干细胞疗法。值得注意的是，这12项研究中，有6项应用了单细胞及空间组学技术。百奥智汇将通过系列报道向大家展示单细胞及空间组学技术的潜力。

研究主题：人类原肠期胚胎的3D空间重建

样本类型：Carnegie Stage 8（CS8）的人类胚胎

取样策略：对CS8人类胚胎沿前后轴（A-P）进行冷冻切片，每隔一片保留作为实验样本，总计62张横向切片

应用技术：Stereo-seq

要点速览

• 利用空间转录组学技术重建原肠胚形成阶段的人类胚胎3D模型
• 通过结合基因表达模式与空间信息进行细胞谱系注释
• 在人类胚胎后端识别出潜在信号中心
• 探究胚胎体轴上信号通路的动态活性

研究背景

人类原肠运动发生在受精后第14至21天（Carnegie Stages 7–9），是胚胎从双层胚盘（上胚层+下胚层）重组为三胚层（外、中、内胚层），并建立体轴的重要阶段。由于这一阶段自然人类胚胎的稀缺，以及先前单细胞转录组研究缺乏空间坐标，无法解决“细胞何时决定命运”这一核心问题。虽然小鼠等模型动物提供了大量的基因表达和谱系轨迹信息，但灵长类胚胎在解剖结构、发育时序和胚外组织贡献等方面存在显著差异，导致跨物种推论的可靠性较低。近年来，发展起来的灵长类囊胚体外培养方法和基于多能干细胞的胚胎模型虽能模拟部分发育事件，但由于缺乏真实的人类胚胎参考而难以评估其可信性。

研究思路与结论

研究团队获得了一枚完整的CS8人类胚胎，利用62张连续的横断面高分辨率空间转录组技术（Stereo-seq），首次在三维尺度上原位解析了胚层、胚外组织、信号中心及谱系轨迹，为理解人类原肠运动的细胞与分子机制提供了迄今最完整的参考图谱，促进了体外胚胎模型的优化和验证。

在主要胚层的分化与模式形成中，中胚层被细分为5种亚型，并沿原条中线有序排列。关键的信号通路，如FGF、WNT、BMP等，在前后轴上呈现动态表达，这些发现为理解人类胚胎发育提供了重要的洞察。此外，通过跨物种的比较分析，研究还揭示了人类、猴子和小鼠在胚胎发育过程中的保守性与差异性。

研究意义

本研究通过对完整的Carnegie Stage 8（CS8）人类胚胎进行空间转录组分析并构建3D模型，首次在空间分辨率层面揭示了原肠胚形成阶段细胞亚型的分布、谱系轨迹及关键信号通路的动态活动。特别地，识别出胚胎后端的新信号中心，为理解人类早期胚胎发育提供了关键参考数据。这一工作填补了自然胚胎空间信息的空白，同时对干细胞衍生的胚胎模型的开发与评估具有重要指导意义。通过跨物种比较，该研究深化了我们对脊椎动物胚胎发育进化的理解，体现了尊龙凯时(中国区)人生就是搏，在生物医学领域推动科学探索的重要性。