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本报讯（谢诗涵 吴涵玉）在生命起源的奥秘中，胚胎发育始终是深受关注的谜题之一。6月18日，东南大学林承棋、罗卓娟、谢芃团队以《小鼠早期器官发生期完整胚胎数字重建》为题，在国际学术期刊《细胞》在线发表研究成果，首次构建单细胞精度三维数字胚胎，并在其中发现中内胚层器官的原基决定区，“破译”心脏发育密码。这一发现不仅填补了哺乳动物心脏早期发育机制的理论空白，也为先天性心脏病防治及再生医学发展提供了关键理论基础。
1924年，科学家通过两栖类胚胎实验发现外胚层器官原基与体轴形成的“组织中心”并获1935年诺贝尔奖，但中胚层和内胚层器官原基的精确定位及形成机制却成了困扰学界百年的“世纪难题”。
“就像在混沌初开的细胞团中找到命运罗盘。”项目主要负责人林承棋介绍，早期胚胎看似简单的细胞团里，藏着决定心脏、肺、肝脏等器官形成的“关键细胞”。而器官原基决定区（PDZ）就像一个精密的“信号处理器”，在胚内高浓度信号抑制分子与胚外激活性配体分子的交界处，形成低信号活性“洼地”，通过整合WNT、BMP与FGF等通路，将微环境信号转化为基因选择性表达指令，驱动器官原基形成。
“我们建构了6个单细胞数字胚胎，每个胚胎细分为60个切片，累计解析数十万个细胞的基因表达信息。”论文第一作者谢芃介绍。为捕捉器官形成的动态过程，团队在器官原基形成关键时期，对小鼠胚胎进行单细胞空间组学分析，如同给每个细胞装上“GPS定位”，记录其基因表达特征与空间位置。
“这项研究的意义远不止于基础科学突破。”论文共同通讯作者罗卓娟表示，我国出生缺陷发病率高达5.6%，其中先天性心脏病是最为常见的出生缺陷类型。而PDZ的发现，为追溯心脏发育异常的起源提供了“时空坐标”——在胚胎器官发育的关键窗口期，遗传因素或环境因素对PDZ微环境的干扰，可能导致器官原基形成异常。
“就像找到了器官发育的‘隐秘钥匙’。”罗卓娟解释，通过数字胚胎技术，科学家能精准定位决定中内胚层器官命运的细胞群，进而研究基因突变或环境因素如何影响这一过程。这项工作首次在单细胞精度揭示器官原基形成的时空动态，为理解器官再生、肿瘤发生等重大科学问题提供了全新方法论。
“我们希望通过平台共享，让更多同行利用这些数据和工具，共同探索生命的奥秘。”林承棋表示，团队下一步将聚焦PDZ区域信号网络的精细调控机制，探索器官发育异常的深层原因，为出生缺陷及相关人类疾病防治提供更精准的科学依据。
原载：2025年6月25日《新华日报》，版次：10