正文
为了揭开脊索形成的奥秘，研究人员将目光投向了一种经典的模型——鸡胚。这种模型不仅便于观察，还能提供关于胚胎发育的宝贵线索。通过单细胞转录组测序技术，研究人员首次绘制出了脊索发育过程中细胞谱系的“动态地图”，揭示了脊索及其周围组织形成的分子密码。
研究团队选取了鸡胚尾部不同发育阶段的样本，从早期的4体节（4S）到13体节（13S），覆盖了关键的脊索分化时期。通过对单细胞转录组的深度分析，他们识别出多个分子标志物，并将这些细胞分为不同类型。例如，SOX2和TBXT的共表达标志着神经-中胚层祖细胞（NMPs），这些细胞是脊索和神经管等结构的源头；而FOXA2和NOTO的共表达则明确标记了脊索前体细胞。
这一研究的亮点之一在于，不仅揭示了脊索前体细胞与周围组织之间的联系，还发现了脊索细胞形成的时间和空间特异性。例如，研究显示，NMPs主要位于胚胎的尾结和中轴位置，而脊索前体细胞逐步集中于更靠近中线的区域。这一过程需要FGF和WNT信号的协同作用，同时必须抑制BMP和NODAL信号，以防止脊索细胞命运的紊乱。通过这种方式，研究人员明确了信号通路如何指导细胞命运的选择和组织分化的顺序。
为了验证这些发现是否适用于人类，研究团队进一步比较了鸡胚、小鼠和灵长类动物的脊索发育过程。结果表明，尽管物种之间存在一定差异，但关键的分子机制高度保守。这种跨物种的发现不仅为研究人类胚胎发育提供了重要的模型，也让我们更加接近理解脊索形成这一生命奇迹。
通过单细胞转录组技术解析鸡胚躯干发育过程中不同细胞群体的分布和特征
（Credit:
Nature
）
研究选择了发育阶段分别对应4体节（4S）、7体节（7S）、10体节（10S）和13体节（13S）的鸡胚（Hamburger–Hamilton阶段HH8–HH11），采集了第三对体节后方的组织进行单细胞转录组测序（scRNA-seq）。这些阶段涵盖了从胚胎中后段组织发育到明确脊索分化的关键时期。
通过单细胞数据的二维降维（使用UMAP算法），绘制了躯干发育过程中所有阶段共27,379个细胞的分布图。图中不同的细胞群体根据其基因表达特征被区分开来，为进一步分析其类型和功能提供了基础。
图c显示了侧板中胚层（Lateral Plate Mesoderm, LPM）和旁轴中胚层（Paraxial Mesoderm, PXM）的标志基因表达情况。例如，MESP1和TBX6在旁轴中胚层的表达特征清晰呈现，而HAND1、GATA2等基因标志了侧板中胚层的存在。
图d则展示了脊索（Noto）、神经组织（Neural）、内胚层（Endoderm, Endo）以及表皮外胚层（Surface Ectoderm, SE）等主要胚层的基因表达特征。例如，脊索细胞表现出TBXT（BRA）、NOTO和SHH的高表达，而神经细胞则富集于PAX6的表达。
图e聚焦于旁轴中胚层（PXM）、神经-中胚层祖细胞（Neuromesodermal Progenitors, NMPs）和神经细胞的基因表达情况。这些细胞群体通过特定标志基因（如SOX2和TBXT）得以区分。
图f展示了NMPs和脊索细胞的基因表达分布，特别是FOXA2、CHRD等脊索相关基因在特定细胞中的局部表达。
图g总结了多个关键基因在不同细胞类型中的表达水平及阳性细胞的比例。例如，SHH主要集中在脊索和神经管腹板（floor plate），而TBX6则在旁轴中胚层中表现显著。研究还定义了神经嵴（NC）、前体体节中胚层（Presomitic Mesoderm, PreSomM）和中间中胚层（Intermediate Mesoderm, IntM）等多个重要细胞群体的特征。
信号的交响曲：WNT、FGF、BMP和NODAL的精妙调控
在胚胎发育的交响曲中，WNT、FGF、BMP和NODAL信号如同乐章的四大主题，共同演奏出脊索形成的和谐旋律。这些信号不仅决定了脊索细胞的命运，也为其他胚胎组织的模式化提供了精确的指导。
