Cell | 林承棋/罗卓娟/谢芃团队联合方晓东、曹华、刘瑾多个团队创建单细胞数字胚胎，破译心脏发育密码

在哺乳动物胚胎发育中，源自原肠胚的外胚层、中胚层和内胚层通过协同作用驱动器官发生。1924年，Spemann与Mangold通过两栖类胚胎移植实验，发现了调控外胚层器官原基与体轴形成的 “组织中心”（organization centre），并因此于1935年获诺贝尔生理医学奖。然而，尽管外胚层器官组织中心的研究已取得突破，针对心脏等中、内胚层器官原基的精确定位及其形成微环境的探索却长期面临挑战。

为突破这一关键瓶颈，2025年6月18日，东南大学林承棋团队在Cell上发表了文章Digital Reconstruction of Full Embryos During Early Mouse Organogenesis（小鼠早期器官发生期完整胚胎数字重建）。该团队创新性地构建了覆盖小鼠原肠运动后期至心脏等器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎，系统解析了小鼠早期心脏等中、内胚层器官的动态发育图谱。基于这一高精度时空图谱， 他们成功发现了胚内-胚外界面存在一个中、内胚层器官原基决定区（Primordium Determination Zone, PDZ），该区域包含心脏和前肠原基，并揭示了其独特的信号微环境（图 1）。

图1. 单细胞数字胚胎技术揭示中、内胚层器官原基决定区，破译心脏发育密码

为解析器官原基如何从胚层起源这一核心问题，研究团队聚焦其细胞微环境动态，发现小鼠胚胎E7.75天（中、内胚层器官原基形成关键窗口期）的胚内-胚外交界处存在一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区（PDZ）。PDZ紧邻的胚内、胚外部分分别呈高浓度的信号抑制分子和激活性配体分子，但区域内呈现低信号活性"洼地"，表达多种受体信号基因，形成其易于接收多胚层信号的调控输入，驱动心脏与前肠等器官原基协同发育的微环境。通过空间组学技术，本研究首次揭示了PDZ作为汇聚跨胚层信号枢纽的核心作用：其通过整合WNT、BMP与FGF等通路，将微环境信号转化为基因选择性表达指令，驱动器官原基形成。

该发现不仅阐明心脏器官原基形成的独特微环境信号网络，更填补了哺乳动物心脏早期发育机制的理论空白，为先天性心脏病防治与再生医学提供关键理论基础。

东南大学生物科学与医学工程学院谢芃研究员，华大生命科学研究院沈娟,东南大学生命科学与技术学院杨屹副研究员, 福建省妇幼保健院王心睿研究员，四川大学刘伟研究员，东南大学中大医院曹海龙主任医师为该论文的共同第一作者。东南大学生命科学与技术学院林承棋教授与罗卓娟教授，深圳华大生命科学研究院方晓东教授，福建省妇幼保健院曹华教授，香港中文大学（深圳）刘瑾副教授为该论文的共同通讯作者。东南大学生命科学与技术学院谢维教授，中国科学技术大学细胞动力学教育部重点实验室姚雪彪教授、刘行教授，广州实验室景乃禾研究员、杨贤法副研究员共同参与了本项研究。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00622-1

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