北京
人类的手指和脚趾并不像你想象的那样向外长。相反，我们灵巧的手指被“雕刻”在一个更大的基础芽中。
现在，第一个关于肢体早期发育的人类细胞图谱终于以精致的细节揭示了这种情况是如何发生的。
在此之前，我们对脊椎动物肢体发育的理解主要基于模式生物，如小鼠和鸡胚胎，以及实验室培养的干细胞。
尽管人类与其他脊椎动物有一些相似之处，但它们的生物学显然与我们不同。
早期肢体形成的细节也因技术限制而变得有点模糊，现在已经超过了技术限制，以及对使用人类胚胎进行14天以上研究的限制，这一规定在严格的伦理规定下已经放宽。
到目前为止所构建的图像显示，四肢最初是从胚胎身体两侧突出的不成形的肢芽。八周后，如果一切按计划进行，这些袋子已经变成了解剖学上清晰可辨的四肢，包括手指和脚趾。
在早期胚胎发育过程中，这是一个引人注目的过程，它产生了我们最具代表性的人类特征之一：我们修长的对生拇指。
2014年，科学家描述了在胚胎发育的精确时刻表达的特定分子如何塑造手指和脚趾的形成，尽管这些预测是基于对实验数据的模拟。
现在，由中国中山大学细胞生物学家张宝领导的一个国际团队，通过分析来自发育5到9周的捐赠胚胎组织中的数千个单细胞，对这一过程进行了细致的描绘。
研究小组在他们发表的论文中写道：“我们从125955个捕获的单细胞中鉴定出67个不同的细胞簇，并将它们在妊娠早期的四个时间点进行空间映射，以揭示肢体发育的新情况。通过这样做，我们发现了几种新的细胞状态。”
资深作者、中国中山大学细胞生物学家张洪波说：“我们揭示的是一个高度复杂和精确调控的过程。这就像看一个雕刻家在工作，在一块大理石上凿出一件杰作。在这种情况下，大自然是雕塑家，结果是我们的手指和脚趾令人难以置信的复杂性。”
研究人员绘制了基因表达模式图，以了解这些基因指令是如何形成手指的。
从模糊的开始，对手指形成至关重要的基因IRX1和对骨骼发育至关重要的基因SOX9的表达，在发育肢体内以五种不同的长度重叠。
在发育约7周时，在聚集在这些长度之间的未分化细胞中开启程序性细胞死亡指令，并显示出明确的手指和脚趾。
就像一块大理石被这些基因的表达雕刻成一件杰作一样，随着不需要的细胞的减少，我们的手指和脚趾从顶端到底部被凿开。
这一过程中的微小异常可能会导致肢体畸形，每500人中就有一人出生时患有肢体畸形 —— 这使它们成为出生时最常见的综合征之一。
研究人员还绘制了与先天性疾病相关的基因表达图谱，比如手指短（短指）或蹼指（并指），以便更好地了解肢体发育偏离轨道的地方。
威康姆·桑格研究所的资深作者兼计算生物学家萨拉·泰希曼（Sarah Teichmann）说：“我们第一次能够捕捉到肢体发育的非凡过程，在空间和时间上都可以精确到单细胞分辨率。”
她说，创建单细胞图谱“加深了我们对解剖学复杂结构形成方式的理解，帮助我们揭示了健康人类发育背后的遗传和细胞过程，对研究和医疗保健有许多影响。”
重要的是，研究人员还表明，人类和小鼠的肢体形成确实遵循相似的轨迹，只是在激活的基因和细胞类型上存在一些差异。
这项研究发表在《自然》杂志上。
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