中山大学，Sanger研究院最新Nature发文：第一张人类肢体发育图

科学家们揭示了人类肢体发育的前所未有的见解，包括控制它们形成的许多复杂过程。

　　

Wellcome Sanger研究所、中山大学、EMBL的欧洲生物信息学研究所的研究人员和合作者应用尖端的单细胞和空间技术创建了一个图谱，描绘了早期人类肢体的细胞景观，精确定位了细胞的确切位置。

这项研究是国际人类细胞图谱计划的一部分，该计划旨在绘制人体每一种细胞类型，以改变对健康和疾病的理解。

该图谱今天(12月6日)发表在《自然》杂志上，它提供了一个公开可用的资源，捕捉了在肢体形成的早期阶段控制肢体快速发育的复杂过程。

该图谱还揭示了发育细胞与一些先天性肢体综合症(如手指短和手指多)之间的新联系。

我们知道，肢体最初是身体两侧未分化的细胞袋，没有特定的形状或功能。然而，在发育8周后，他们分化良好，解剖结构复杂，并立即被识别为四肢，完整的手指和脚趾。这需要非常快速和精确的细胞编排。对这一过程的任何小干扰都可能产生下游影响，这就是为什么肢体变异是出生时最常见的综合征之一，全球大约每500个新生儿中就有一个受到影响。

虽然肢体发育已经在小鼠和小鸡模型中得到了广泛的研究，但它们在多大程度上反映了人类的情况仍不清楚。然而，现在技术的进步使研究人员能够探索人类肢体形成的早期阶段。

在这项新研究中，来自中山大学、Sanger研究所的科学家分析了发育5到9周的组织。这使得他们能够追踪特定的基因表达程序，在特定的时间和特定的区域被激活，这些基因表达程序塑造了正在形成的肢体。

组织的特殊染色清楚地揭示了细胞群如何以不同的方式排列成形成指骨的模式。

作为研究的一部分，研究人员证明了某些基因模式对手脚的形成方式有影响，并确定了某些基因，这些基因在被破坏时与特定的肢体综合征有关，如短指(手指短)和多指(手指或脚趾多)。

研究小组还证实，人类和小鼠在肢体发育的许多方面是相同的。

总的来说，这些发现不仅提供了人类肢体发育的深入特征，而且还提供了可能影响先天性肢体综合征诊断和治疗的关键见解。

该研究的资深作者、来自广州中山大学的张宏波教授说:“几十年来对模式生物的研究为我们理解脊椎动物肢体发育奠定了基础。然而，到目前为止，在人类中描述这一特征一直是难以捉摸的，我们不能假设小鼠模型与人类发育的相关性。我们所揭示的是一个高度复杂和精确调控的过程。这就像看一个雕刻家在工作，在一块大理石上凿出一个杰作。在这种情况下，大自然是雕塑家，结果是我们的手指和脚趾令人难以置信的复杂性。”

这项研究的资深作者、来自威康桑格研究所的Sarah Teichmann博士是人类细胞图谱的联合创始人，他说:“我们第一次能够在空间和时间上捕捉到单细胞发育的非凡过程。我们在人类细胞图谱上的工作正在加深我们对解剖学复杂结构形成方式的理解，帮助我们揭示健康人类发育背后的遗传和细胞过程，对研究和医疗保健有许多影响。例如，我们发现了可能调节肌肉干细胞的关键基因MSC和PITX1的新作用。这可能为治疗肌肉相关疾病或损伤提供潜力。”

这项研究是人类细胞图谱(HCA)的一部分，HCA是一个国际合作联盟，它正在创建所有人类细胞(生命的基本单位)的综合参考图谱，作为了解人类健康以及诊断、监测和治疗疾病的基础。HCA可能会影响生物学和医学的各个方面，推动转化发现和应用，最终引领精准医学的新时代。

这些数据集可在https://limb-dev.cellgeni.sanger.ac.uk/上进行交互式分析。

Journal Reference:

1. Zhang, B., He, P., Lawrence, J.E.G. et al. A human embryonic limb cell atlas resolved in space and time. Nature, 2023 DOI: 10.1038/s41586-023-06806-x