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在颅面发育研究中，为探究迁移后颅神经嵴细胞（CNCCs）如何分化为不同间充质谱系，研究人员开展相关研究。他们利用高分辨率空间转录组学和细胞谱系分析技术，揭示了腭发育的分子和细胞景观，为胚胎发生研究提供重要依据。
在生命的奇妙旅程中，胚胎发育一直是科学界热衷探索的神秘领域。其中，颅面发育更是充满了无数的奥秘。颅神经嵴细胞（CNCCs）在早期胚胎发育中起着至关重要的作用，它们最初会分化为神经和非神经（外间充质）谱系。随后，这些外间充质细胞迁移到咽弓，进而分化成各种间充质细胞类型，参与面部结构的形成，像骨骼、软骨、牙齿和结缔组织等。然而，目前对于这些迁移后的 CNCCs 如何进一步分化为不同的间充质谱系，科学家们还知之甚少。这就好比在一座神秘的迷宫中，虽然知道起点和大致方向，但中间的路径却迷雾重重。而且，理解腭部区域的发育对于研究唇腭裂等常见出生缺陷也具有重要意义，这些缺陷会严重影响患者的生活质量，涉及到语言、呼吸、进食和吞咽等多个方面。
为了揭开这些谜团，来自美国南加州大学颅面分子生物学中心的研究人员展开了深入研究。他们以小鼠腭部发育为模型，利用高分辨率空间转录组学和细胞谱系分析技术，对 CNCCs 的命运决定进行了全面探究。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解胚胎发育过程提供了重要的线索。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：一是单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，对不同发育阶段的小鼠腭部组织进行单细胞测序，从而分析细胞的基因表达谱，鉴定不同的细胞类型；二是基于 seqFISH 的空间基因组学技术，设计定制的基因面板，对小鼠头部进行空间转录组分析，以确定细胞类型在空间上的分布和基因表达模式；三是体内谱系追踪技术，通过构建转基因小鼠模型，如 Sox9CreER;tdTomato、Tfap2bCreER;tdTomato 和 Hic1CreER;tdTomato 小鼠，来追踪特定细胞群体的命运。
下面来看看具体的研究结果：
- 鉴定腭发育过程中的间充质群体：研究人员整合了腭发育各个阶段的 scRNA-seq 数据，通过差异基因表达分析，成功区分了发育中的腭部的所有细胞类型，包括非间充质细胞和间充质细胞。对于间充质细胞，进一步细分并鉴定出了成骨细胞、牙源性细胞、肌周细胞、中线间充质细胞、有丝分裂细胞等不同亚群，还发现了一个潜在的腭间充质祖细胞群体，其表达 Sox9，且随着胚胎发育逐渐减少123。
- 体内绘制腭发育过程中间充质细胞图谱：设计包含 94 个标记基因的定制基因面板，对 E15.5 小鼠头部进行 seqFISH 分析。通过细胞聚类分析，在硬腭和软腭区域成功识别出多种间充质细胞群，如硬腭的成骨、牙源性和中线间充质细胞，软腭的肌周和中线间充质细胞等，还发现了新的细胞群体如内侧成纤维细胞和鼻侧成纤维细胞，并确定了各细胞群的特异性标记基因456。
- 动态绘制腭发育过程中间充质谱系图谱：利用空间基因组学分析 E12.5 - E15.5 小鼠头部，构建动态细胞类型图谱。发现所有主要间充质谱系在 E12.5 时已在腭部特定解剖位置建立，且细胞群体分布在发育过程中发生显著变化，如硬腭成骨细胞位置改变，牙源性细胞群体分离等，软腭细胞群体也有相应动态变化78。
- 腭发育过程中间充质祖细胞的异质性：研究发现 E12.5 时，Sox9+腭间充质祖细胞在硬腭和软腭区域有特定表达模式，其细胞衍生物可分化为多种间充质细胞类型。通过鉴定早期谱系特异性标记基因，如 Sox6、Tfap2b 和 Hic1，证实 Sox9+祖细胞在 E12.5 时已呈现分子异质性，且早期标记基因表达的细胞确实可在后期分化为相应细胞类型91011。
- 腭发育前间充质祖细胞的异质性：研究 E9.5 - E11.5 上颌突的发育，发现 Tfap2b 和 Hic1 在 E10.5 - E11.5 时在特定区域的表达逐渐限制和激活，暗示相应谱系命运的确定。通过谱系追踪实验证实，E10.5 - E11.5 标记的 Tfap2b+和 Hic1+细胞可在后期分化为牙源性和肌周细胞，且 E11.5 标记的细胞贡献更高效和特异121314。
综合来看，该研究通过高分辨率空间转录组学和细胞谱系分析，揭示了小鼠腭发育过程中间充质谱系多样化的时空动态变化。研究表明，CNCCs 在到达腭原基之前或之时就已经开始命运多样化，且在腭发育前，上颌突中的间充质祖细胞就已确定命运。这一研究成果不仅为理解颅面发育的分子和细胞机制提供了全面的视角，也为研究相关先天性疾病的病因提供了重要的理论基础。同时，研究中建立的方法和资源，如空间转录组图谱和体内谱系追踪技术，为后续研究颅面间充质发育和其他相关领域提供了有力的工具。未来，科学家们有望基于这些发现，进一步探索胚胎发育的奥秘，为预防和治疗相关出生缺陷带来新的希望。
