小鼠原肠胚形成与早期器官发生的时空图谱：解析轴向模式与体外模型的空间映射

本研究针对小鼠原肠胚形成至早期器官发生阶段(E6.5-E9.5)的空间转录组学空白，整合单细胞RNA测序(scRNA-seq)与seqFISH空间转录组技术，构建了包含15万细胞、82种精细细胞类型的时空图谱。研究人员揭示了原始条纹区中胚层命运决定的轴向基因表达逻辑，开发了体外模型(如心血管类原肠胚)与体内发育的空间比对流程，为发育生物学和干细胞研究提供了可交互探索的在线资源(http://shiny.maths.usyd.edu.au/SpatiotemporalMouseAtlas/)。

　　

在生命最初的舞台上，小鼠胚胎经历着精妙绝伦的形态构建——原肠胚形成时期，简单的双层细胞结构通过复杂迁移与分化，奠定三胚层基础并启动器官发生。然而，这一过程的时空动态始终蒙着神秘面纱：单细胞测序技术虽能捕捉细胞类型的分子特征，却丢失了关键的空间位置信息；而传统空间检测方法又难以实现全转录组覆盖。剑桥大学干细胞研究所（University of Cambridge Stem Cell Institute）的研究团队在《Cell Reports》发表的研究，如同为发育生物学领域点亮了一盏时空探照灯。

研究团队采用三大关键技术：1) seqFISH空间转录组技术（对E7.25-E8.5胚胎切片进行351基因的高分辨率成像）；2) 整合已发表的scRNA-seq数据集（覆盖E6.5-E9.5阶段）；3) 开发StabMAP算法实现跨平台数据对齐。通过人类辅助的3D细胞分割和主曲线(principal curve)分析，首次量化了胚胎细胞的AP（前后轴）与DV（背腹轴）坐标。

高分辨率空间解析原肠胚形成

通过seqFISH技术，研究团队在E7.25胚胎中捕捉到原始条纹(Sp5⁺ T⁺)与轴向内中胚层(Lhx1⁺ Sox17⁺)的空间分布，发现中胚层细胞在迁移过程中已呈现明显的AP极性——前部中胚层高表达Tbx6和Mesp2（体节前体标志），而后部中胚层富集Foxf1和Hand1（胚外中胚层特征）。这种空间分化模式与命运图谱研究高度吻合。

细胞类型注释的时空精修

整合分析使E8.5阶段的细胞类型注释从30种提升至55种。空间信息纠正了传统单细胞分析中的模糊注释：如侧板中胚层(LPM)被细分为前部(Hand1⁺ Foxf1⁺)与后部(Cdx4⁺)亚群；胚外外胚层依据与胚胎-胚外(ExE-Em)交界处的距离划分为近端(Elf5⁺)和远端(Ascl2⁺)群体，分别对应绒毛膜前体和滋养层干细胞。

轴向基因表达的动态图谱

通过Tradeseq分析发现，Hox基因簇在AP轴呈现严格时空梯度：E7.25时Hoxa1在后端中胚层特异性激活，至E8.5阶段Hoxb8已在脊髓前体细胞中建立表达域。这种模式与已知的体节时钟模型一致，证实了计算预测的空间坐标可靠性。

类原肠胚模型的体内对标

研究团队开发生物信息学流程，将心血管类原肠胚(scRNA-seq数据)投影至时空图谱。结果显示：96-168小时类原肠胚能重现体节组织的AP模式化（如Tbx6⁺前体节与Dll1⁺成熟体节的梯度分布），但缺乏后部侧板中胚层等远端组织，为模型优化指明方向。

这项研究构建了迄今最完整的小鼠早期发育时空坐标系，其意义体现在三方面：1) 为理解中胚层命运决定提供空间分子框架；2) 建立的在线平台支持研究者虚拟"解剖"胚胎、探索基因表达模式；3) 开发的投影方法将成为评估干细胞模型的新标准。正如作者强调，未来整合光片成像等技术，有望实现从静态图谱到四维发育电影的跨越，最终构建"虚拟胚胎"这一发育生物学研究的圣杯。