中山醫學院解碼人類四肢發育

【本報記者廣州七日電】從受精卵到完整的人體，人類四肢是如何發育？中山大學六日公佈，該校中山醫學院張宏波教授課題組日前在《自然》雜誌(Nature)發表論文，發佈首個人類肢體發育單細胞時空圖譜，解析胎兒四肢的細胞演變路徑和細胞空間位置決定過程。

“把雞胚胎裡形成前肢的細胞團切下，移植到背部，竟然能夠長出完整的翅膀。去除成年蠑螈的腿，牠能夠很快再生，即使在切除八次到十次之後，卻依然能長出新的腿，且幾乎看不出傷痕。然而，包括人類在內，大多數哺乳動物卻在進化過程中喪失這種成年後再生能力。”

張宏波表示，由於發育與再生本質上具有相似性，如果加深對演化的過程如何調控、為何人的四肢切除後就不能再生長等問題的探索和理解，就有可能建構起研究四肢再生本質的前提和基礎。

細胞發展如何決定

在這項研究中，張宏波團隊與合作者試圖回答兩個關鍵問題：首先是肢體細胞的發展是如何決定。比如，為何原本一樣的細胞，有的後來變成纖維細胞，有的卻成為骨骼的一部分？

第二個問題是細胞的空間位置如何決定：比如，一隻正常發育的手為甚麼是五隻手指，為甚麼大拇指的方向跟其他手指不一樣？

單細胞轉錄組技術和單細胞空間轉錄組技術的發展，使得探秘細胞演化過程成為可能。張宏波從第五周初到第九周胚胎連續取樣，獲得超過十萬個細胞，每個細胞約兩千個基因，通過計算分析，團隊率先構建起精細的、包含所有細胞類型的人類四肢發育單細胞圖譜。

哪些基因導致歧化

通過團隊自主研發的單細胞數據分析工具DEAPLOG，還能夠更好找到每一個細胞的特徵，尋找到關鍵基因，並在此基礎上將這些基因錨定到細胞演變的路徑上。有這些信息，團隊就能夠進一步通過實驗驗證哪些基因導致細胞命運的歧化。

該研究為進一步研究肢體發育的詳細調節機制、肢體發育異常的細胞生理機制，乃至更廣泛發育和再生過程中細胞命運調節機制和空間位置建成機制提供重要參考。目前，該研究的相關技術在醫學領域的直接應用仍然較少，但對細胞命運決定的深入理解將使其充分應用在未來成為可能。