2022年12月14日，北京干細胞與再生醫學研究院/中國科學院動物研究所王紅梅和郭帆團隊、美國德克薩斯大學西南醫學中心吳軍團隊以及安徽醫科大學蔣祥祥團隊合作，于Nature在線發表文章"Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution"。利用10x Genomics單細胞轉錄組測序技術，繪制了靈長類CS8-11胚胎高通量單細胞轉錄組圖譜，該研究填補了靈長類胚胎原腸運動至早期器官發育階段的知識空白，并且為人類胚胎模型的研究提供了必要的數據參考。安諾優達為本次研究提供了10x單細胞轉錄組測序服務。

研究者收集了CS8-11發育階段的6個食蟹猴胚胎。將樣本分離成單細胞，使用10x Genomics Chromium平臺捕獲得到56,636個單細胞并用于后續生物信息學分析，每個細胞檢測到的中位數為3017個基因。根據已知譜系標記的表達，并與相應發育階段的小鼠胚胎數據集進行比較，鑒定出38個主要細胞類群，繪制了靈長類CS8-11胚胎的高通量單細胞轉錄組圖譜。

圖1 CS8-11期食蟹猴胚胎單細胞轉錄組圖譜構建

為了研究食蟹猴原腸運動和早期器官發生過程中的分子和細胞動力學，作者使用了RNA速率分析來預測不同細胞類群的分化軌跡。首先關注了PS形成相關簇，包括PS（簇2）、APS（簇4）、定型內胚層（DE，簇6）、原結（node，簇5）和新生中胚層（Nas.Meso，簇8）集群（圖1b）。RNA速率預測了PS/APS在原腸胚形成過程中向DE、Nas.Meso和node分化的三叉軌跡。Nas.Meso產生了大多數的中胚層細胞類型?；贒EG分析，Nas.Meso中間體衍生物，包括中胚層細胞和胚外間充質細胞（EXMCs）（圖2e）。

體節發生是由NMP的一種亞型開始的過程。通過IF分析，在CS8胚胎中確定了兩個公認的NMP群體：SOX2low/Thigh/TBX6high（促進體節）和SOX2high/Tlow/TBX6low（促進脊髓（SC））（圖2d）。

圖2 食蟹猴胚胎中PS及其衍生物的發育軌跡

為了深入了解靈長類動物的腸管（GT）的形成，作者重點研究了DE、臟內胚層（VE）和腸道簇，分析確定了7個前腸、中腸和后腸細胞亞群。通過RNA速率分析，預測：（1）前腸1僅來自DE；（2）后腸2僅由VE貢獻，而前腸2、中腸1/2、中腸/后腸和后腸1集群同時包含DE（大部分）和VE細胞。

拓展圖2 食蟹猴腸管的轉錄組學特征

綜上所述，這些分析確定了食蟹猴PS發育、早期中胚層和內胚層分化過程中的主要細胞類型，并闡明了靈長類動物的體節發生和GT形成。

在確定胚胎內胚層和中胚層形成后，剩余的NBP向腹側外胚層（ECT，簇29）分化，形成位于中樞的神經外胚層（NE，也稱為神經板）、外圍的表面外胚層（SE，簇33和34）和兩者之間的神經板邊界（NPB），并向腹側分層分化為神經嵴（NC，簇30），然后神經板變厚、彎曲和褶皺形成神經管，這是中樞神經系統（CNS）的前體。

為了深入了解靈長類動物的神經管發育，研究者再次分析了來自兩個CS11胚胎的前腦/中腦/后腦（FB/MB/HB，簇31）和SC（簇32）細胞（圖1b）。食蟹猴神經管發育模式為SE在CS8處沿著中外側軸被指定，然后在CS11處沿著NC分化。此外，隨著身體平面圖的擴展，中樞神經系統分裂的空間組織沿著A-P和D-V軸進行協調。

圖3 食蟹猴胚胎神經細胞的發育圖景

小鼠和食蟹猴胚胎之間細胞發育動態存在明顯的基因表達模式。熱圖和IF分析顯示，T、EOMES和TBX6等基因在小鼠和食蟹猴的PS，Nas.Meso, NMP和外胚層細胞之間表現出不同的表達模式（圖2d和4b）。與小鼠相比，Hippo信號通路的許多下游基因在食蟹猴的NMP和PSM細胞中表達上調（圖4c）。溶血磷脂酸（LPA）對Hippo通路的抑制嚴重損害了小鼠，而對人或猴的PSM分化影響不明顯（圖4e，f）?？偟膩碚f，這些結果揭示了食蟹猴和小鼠之間胚胎發育的保守性和差異性的特征。

圖4 早期胚胎器官發生的跨物種轉錄組學比較

參考文獻：Zhai, J., Guo, J., Wan, H. et al. Primate gastrulation and early organogenesis at single-cell resolution[J]. Nature（2022）. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05526-y