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这篇研究揭示斑马鱼原肠胚中侧中内胚层（LME）迁移机制，发现外胚层及 BMP 信号的关键作用。
引言
细胞迁移在生物体发育和体内平衡中至关重要，细胞外基质（ECM）是影响细胞迁移的关键因素。然而，在早期胚胎中，ECM 尚未形成时细胞如何迁移却知之甚少。斑马鱼原肠胚早期的侧中内胚层（LME）迁移是 ECM 非依赖型细胞迁移的典型例子。在斑马鱼胚胎发育中，ECM 的沉积起始于原肠胚形成阶段，但直到原肠胚晚期才形成明显且连贯的网络。因此，LME 在原肠胚早期的迁移主要不依赖于 ECM。
LME 迁移可分为三个阶段：首先，在原肠胚边缘内陷后，LME 作为一个松散连接的群体，在卵黄细胞膜和覆盖的外胚层之间向动物极集体迁移，这一过程涉及自发生成的 toddler 梯度和随机游走，由 Cxcl12b/Cxcr4a 信号协调；接着，在原肠胚中期，LME 的动物极迁移停止，进入无序翻滚阶段，位移较少；最后，LME 进入汇聚阶段，向形成的体轴进行高度持续且定向的迁移，这一阶段依赖于骨形态发生蛋白（BMP）和非经典 Wnt 信号通路，并受钙粘蛋白介导的细胞 - 细胞粘附梯度引导，且需要与 ECM 相互作用。尽管此前对 LME 迁移的分子和细胞调控有一定了解，但对于其在原肠胚中期停止向动物极迁移并进入翻滚阶段的原因仍不清楚，推测可能与 LME 细胞和周围组织（如卵黄细胞和外胚层）的相互作用变化有关。
结果
- 外胚层是 LME 迁移的主要底物：研究人员通过分析 LME 在动物迁移阶段（6.2 - 8.8hpf）的迁移情况，发现其迁移速度在原肠胚中期显著下降。进一步在单细胞水平研究发现，到达胚胎动物部分的 LME 细胞和后续细胞的迁移特性存在差异，且中胚层和内胚层细胞均有向动物极迁移的趋势。为探究 LME 迁移的底物，研究人员进行了一系列实验。由于早期原肠胚中 ECM 尚未形成有效网络，LME 细胞只能在覆盖的外胚层和下方的卵黄细胞（YC）中选择迁移底物。通过分析 LME 细胞突起的方向、进行卵黄剥离实验以及注射甘露醇增加卵黄 - 外胚层间隙等实验，结果表明 LME 细胞主要以外胚层为迁移底物，且在其上迁移时，LME 和侧内胚层细胞的位移、持续性和方向性均更高。
- 外胚层沿动物 - 植物轴的模式化调节 LME 动物迁移：鉴于外胚层在 LME 动物迁移中的关键作用，研究人员进行了外胚层组织移植实验。将供体胚胎的动物或侧外胚层移植到宿主胚胎的相应位置后发现，同型的侧 - 侧外胚层移植对 LME 迁移行为无明显影响，而异型的动物 - 侧外胚层移植则显著降低了 LME 的持续性和沿动物 - 植物轴的位移，使 LME 细胞在进入翻滚阶段前难以到达动物极。相反，用侧外胚层替代动物外胚层则可延长 LME 动物迁移的范围，说明动物外胚层对 LME 动物迁移的支持性不如侧外胚层。
研究还发现，外胚层在原肠胚形成过程中沿动物 - 植物轴存在差异变薄现象，动物极的外胚层比边缘的外胚层变薄更快。通过建立外胚层变薄的最小模型，证实了外胚层组织粘度沿动物 - 植物轴的差异可解释其不同的变薄行为。进一步研究表明，侧外胚层比动物外胚层具有更高的细胞分数和细胞 - 细胞接触率，即动物外胚层的凝聚力较低。通过调节细胞收缩性和细胞 - 细胞粘附，发现改变外胚层的凝聚力会影响 LME 的迁移，证明了外胚层凝聚力沿动物 - 植物轴的差异是调节 LME 动物迁移的重要因素。3. BMP 信号缺失影响动物外胚层对 LME 迁移的抑制作用：为揭示外胚层组织凝聚力和粘度的分子调控机制，研究人员对动物和侧外胚层进行了 RNA 测序，发现 BMP 信号通路的组件在两者中存在差异表达。BMP 信号在动物和侧外胚层均有活性，但在原肠胚形成中具有不同作用。研究发现，在 bmp2b morphant 胚胎中，中内胚层未能进入翻滚阶段，而是持续向动物极迁移。通过外胚层组织移植实验表明，BMP 信号缺失的动物外胚层无法像正常动物外胚层那样减缓 LME 动物迁移，说明 BMP 信号是动物外胚层抑制 LME 动物迁移所必需的。
进一步研究发现，BMP 信号通过降低动物外胚层的组织凝聚力来发挥作用。在 bmp2b MO AtL Ecto 移植实验中，细胞分数增加到与 LtL Ecto 移植相似的水平，且注射 bmp2b MO 胚胎与编码 CA 版本的 BMP 受体 Alk8（CAAlk8）的 mRNA 共注射可挽救 bmp2b MO 外胚层细胞凝聚力表型。此外，移植表达不同水平 BMP 的背侧和腹侧外胚层实验表明，高 BMP 信号降低外胚层细胞凝聚力，进而降低其对 LME 迁移的允许性。同时，研究还发现动物和侧外胚层中 BMP 信号活性水平无差异，推测是其他信号通路对 BMP 信号的差异调节导致了两者在促进 LME 动物迁移能力上的不同。
讨论
本研究表明，在斑马鱼原肠胚早期，外胚层作为 LME 迁移的底物，对其迁移起到决定性作用。这与斑马鱼胚胎在原肠胚晚期才出现明显 ECM 积累的现象相关，类似于果蝇中中胚层在无 ECM 时利用外胚层迁移的情况。然而，LME 细胞在斑马鱼中如何独立于 ECM 迁移仍不完全清楚，可能机制包括细胞 - 细胞粘附或与周围结构产生摩擦，但具体作用仍待探索。
研究还发现，虽然大多数 LME 细胞优先选择外胚层作为迁移底物，但侧内胚层细胞在选择外胚层或卵黄细胞作为底物上似乎较为平均，且在不同底物上的迁移特性存在差异。推测卵黄合胞体层（YSL）来源的 Nodal 信号可能影响侧内胚层细胞在卵黄细胞上的迁移，但具体机制尚待研究。
此外，外胚层在决定 LME 细胞向动物极迁移的距离以及何时进入翻滚阶段中起重要作用。LME 细胞似乎对底物刚度的阈值有反应，当接近动物极时，外胚层粘度降低，LME 细胞停止定向迁移并进入翻滚阶段，这一过程可能涉及机械感知，但具体机制仍不清楚。
在组织材料特性的调控方面，BMP 信号通路参与调节外胚层的粘度。BMP 信号通过降低钙粘蛋白介导的细胞 - 细胞粘附来降低动物外胚层的组织粘度，然而，BMP 信号在动物外胚层和侧外胚层产生不同效果的原因尚不明确，可能与侧外胚层中其他信号通路对 BMP 信号的拮抗作用有关。
研究局限性
本研究虽然揭示了 BMP 信号在动物外胚层中通过降低组织凝聚力使该组织对动物 LME 迁移不具有允许性，但对于动物外胚层和侧外胚层中影响 BMP 信号对组织凝聚力和 LME 迁移允许性的其他信号通路，仍有待进一步探索。此外，除了外胚层组织凝聚力，其他因素如表面蛋白的变化等，也可能在调节 LME 迁移中发挥作用，对 LME 迁移分子机制的全面解析还需要进一步研究。
资源可用性
本研究中产生的质粒和鱼系可根据要求提供。RNA 测序数据已存入基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus），登录号为 GEO: GSE251904，同时还分析了现有的公开数据 GEO: GSE163047。本研究使用的相关代码可在指定的网站获取。}
