破译生命密码，人类胚胎早期器官发育“全景图谱”问世

长期以来，受精后第4-8周的人类胚胎发育阶段被视为“认知盲区”——既难以在体外培养获得该时期的胚胎，也无法通过影像学手段，获取类似胎儿发育的精准数据。然而，这一阶段的分子调控与人类对自身发育的认知密切相关，同时该阶段的发育异常与先天性心脏病、神经发育障碍及多种疾病的易感性密切相关。尽管近年来测序技术不断进步，针对该阶段胚胎转录特征的系统性、连续性时空解析数据仍然极为稀缺。

5月27日，复旦大学、浙江大学与华大生命科学研究院基因组多维解析技术全国重点实验室科研团队在Nature期刊上发表一项研究，研究团队通过整合高分辨空间转录组技术与单核RNA测序，首次系统绘制了覆盖原肠胚运动后、器官形成关键期——受精后约4-8周（Carnegie Stage 12–23）的人类全胚胎时空转录组图谱。这是全球首个人类胚胎早期器官发生阶段时空转录全景图，标志着人类对早期器官发生的认知，从零散的切片观察迈入整体、动态、分子化的全景解析新阶段。

研究人员首次系统绘制了受精后约4-8周（Carnegie Stage 12–23）的人类全胚胎时空转录组图谱。研究团队 供图

值得一提的是，这项研究填补了人类胚胎早期器官发生阶段的知识空白，如同一张高精度导航图，为理解早期胚胎器官发生、先天性疾病起源、优化早孕期监测等提供了关键分子坐标。

胚胎发育有不同的阶段，研究人员用Carnegie Stage（CS）标注不同阶段的人类胚胎。作为研究团队负责人，中国科学院院士、复旦大学生殖与发育研究院院长黄荷凤介绍，在此项研究中，研究人员系统分析了13枚覆盖CS12-CS23阶段的人类胚胎，结合77张矢状切面，共解析出50个器官或解剖区域及198个分子定义的亚结构。心脏分区、脑区细化、肝、肺、肾、骨骼、脊髓、肌肉等器官的建立过程首次被置于统一的时空坐标体系下，为理解人类器官的产生、先天性疾病的起源提供了前所未有的全景式分子地图。

研究团队对心脏窦房结——心脏的“天然起搏器”进行了精细解析，研究发现，此前功能未知的RORA和KIAA1324L等关键基因在窦房结发育中发挥关键调控作用，并通过斑马鱼及小鼠在体功能实验证实，这些分子在起搏细胞分化与心率维持中发挥必要作用，为先天性心律失常等疾病的分子机制提供了全新线索。

此外，研究首次系统描绘了该时期人脑的精细分子分区，并更新了抑制性与兴奋性神经元的分化时序：抑制性神经元标志物在CS12–13阶段即已出现，而兴奋性神经元标志物在CS19阶段已被检测到，早于传统认知。以HMGA2为核心的神经前体细胞分化调控网络与智力障碍相关基因显著关联，为理解神经发育疾病的分子基础提供了新视角。

研究还首次针对病原体的入侵受体在全胚胎的时空分布进行了系统分析，阐明了胚胎早期感染易感性的分子基础，如巨细胞病毒、寨卡病毒、乙肝病毒及SARS-CoV-2等，发现其呈现高度器官特异性和阶段特异性，为孕期感染的“窗口期效应”提供了分子层面的解释，展示了该成果在临床转化中的重要潜力。

这项研究填补了人类胚胎早期器官发生阶段的知识空白。

研究也首次在器官水平系统描绘了人类胚胎发育期间的等位基因不平衡表达图谱，在验证已知印记基因分布的同时，识别出一批呈非双等位表达模式的候选基因，不仅描绘了印记基因在发育胚胎中的空间表达模式，也为探究发育疾病的印记异常提供了直接的时空参照。

本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。复旦大学附属妇产科医院为该成果的第一完成单位。中国科学院院士黄荷凤、基因组多维解析技术全国重点实验室研究员徐讯、复旦大学附属妇产科医院教授丁国莲、基因组多维解析技术全国重点实验室副研究员高雅、复旦大学附属妇产科医院研究员杨红波、华大基因研究员赵立见为论文的共同通讯作者。

复旦大学附属妇产科医院副教授潘洁雪、基因组多维解析技术全国重点实验室李月娇博士、浙江大学附属妇产科医院林忠亮博士、基因组多维解析技术全国重点实验室兰青博士和张颖博士、上海交通大学陈慧汐博士、复旦大学附属妇产科医院博士研究生隋盛威、基因组多维解析技术全国重点实验室翟曼硕士、复旦大学附属妇产科医院博士研究生张杲琛为论文共同第一作者。