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推荐阅读：本文利用双重组酶介导的遗传系统追踪 Brachyury+Sox2+神经中胚层祖细胞（NMPs）。研究发现 NMPs 由不同祖细胞群构成，具有双潜能性，对胚胎躯干和尾部发育至关重要，为相关研究提供了重要依据。
### 研究背景
在胚胎发育过程中，神经中胚层祖细胞（Neuromesodermal progenitors，NMPs）起着关键作用，它能分化形成神经外胚层（尤其是脊髓）和邻近的轴旁中胚层。NMPs 最早位于节点 - 原条边界（NSB）和邻近的尾侧外侧上胚层（CLE），之后迁移到尾芽的脊索神经铰链区域。其特征是表达早期中胚层标记基因 Brachyury（T）和神经祖细胞标记基因 Sox2。虽然此前对 NMPs 有所研究，但在体内直接标记 NMPs 并追踪其细胞命运的特定遗传工具仍缺失，这促使研究人员开展此项研究。
研究方法
- 单细胞转录组学：对 E8.5 小鼠胚胎后部组织分离的细胞进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq），通过无监督聚类分析，依据代表性基因表达将细胞分类，利用 CellChat 分析细胞间通信，探索不同细胞簇关系，确定 NMPs 分子标记。
- 双基因追踪系统：运用 Cre-loxP 和 Dre-rox 双正交重组系统，设计两种遗传策略。一种用 Rosa26 - 交通灯报告基因（R26-TLR）同时标记 T+、Sox2+和 T+Sox2+细胞；另一种通过构建 T-DreER;Sox2-CreER;R26-RL-GFP 小鼠，仅标记 T+Sox2+细胞，从而追踪 NMPs 的时空分布。
- 单细胞克隆分析：使用双重组酶响应的 R26-confetti2 报告基因小鼠，对单个 NMPs 进行标记，观察其在胚胎发育过程中的克隆形成和细胞命运，以此确定单个 NMPs 的分化潜能。
- NMPs 消融实验：构建 T-DreER;Sox2-CreER;R26-LR-DTR 小鼠，通过表达白喉毒素受体（DTR），结合白喉毒素（DT）处理，特异性耗尽 NMPs，研究其对胚胎发育的影响。
研究结果
- NMPs 的分子标记：scRNA-seq 分析表明，NMPs 由 14 个不同细胞簇中的特定群体构成，其特征为 T 和 Sox2 的交叉激活表达。此外，还发现 NMPs 具有独特分子标记，如 Nkx1-2、Epha5、Fgf17 和 Fgf8 等。对不同发育阶段数据整合分析，确定了 NMPs 的出现时间、分化轨迹，还发现 NMP2 在模式指定和双分化潜能方面的重要作用。同时，比较不同物种 NMPs，发现既有转录相似性，又有不同的信号通路富集情况。
- NMPs 的时空分布：通过双基因追踪系统，发现 NMPs 在 E8.5 主要位于 NSB 和 CLE 的上胚层，在 E10.5 主要集中在胚胎尾芽区域。它们主要参与尾神经管和邻近轴旁中胚层的形成，部分 T+Sox2+细胞还可能分化为内胚层细胞，这在两种遗传追踪系统中均得到证实。
- NMPs 的双潜能性：单细胞克隆分析显示，单个 NMPs 具有双潜能性，可分化为神经和中胚层细胞。在胚胎发育过程中，观察到神经、中胚层和混合克隆三种类型，且不同发育阶段神经和中胚层克隆数量有所变化。虽然部分克隆可分化为内胚层细胞，但比例较小。
- NMPs 对胚胎发育的重要性：NMPs 特异性消融实验表明，NMPs 对维持胚胎躯干和尾部正常结构至关重要。在不同发育阶段消融 NMPs，胚胎会出现不同程度的躯干和尾部发育异常，且在 NMPs 消融后，部分胚胎中单个 T+细胞会增加，可能是一种补偿机制。
研究结论
本研究通过开发多种体内特异性靶向 NMPs 的交叉遗传方法，结合 scRNA-seq 和双重组酶介导的遗传谱系追踪技术，明确了 NMPs 的分布、分化潜能和功能。NMPs 在胚胎发育早期主要位于特定区域，具有双潜能性，对胚胎躯干和尾部发育不可或缺。这些研究结果为理解 NMPs 在胚胎发育中的作用提供了直接遗传证据，也为体节发生研究和再生医学中 NMPs 的应用奠定了基础，有助于推动相关疾病治疗和药物研发等领域的发展。
