科学家们揭示了对人类肢体发育的前所未有的见解

人类的手指和脚趾不会向外生长;相反，它们是从一个更大的基芽中形成的，中间的细胞会退去，露出下面的数字。这是科学家们首次捕捉到的许多过程之一，揭示了整个发育中的人类肢体的空间细胞图谱，并在空间和时间上进行了解析。

中山大学威康桑格研究所、EMBL欧洲生物信息学研究所和合作者的研究人员应用尖端的单细胞和空间技术创建了描绘早期人类肢体细胞景观的图谱，精确定位了细胞的确切位置。

这项研究是国际人类细胞图谱计划的一部分，该计划旨在绘制人体中的每种细胞类型1，以转变对健康和疾病的理解。

该图谱今天(12 月 6 日)发表在《自然》杂志上，提供了一个公开可用的资源，捕捉了肢体形成早期阶段控制肢体快速发育的复杂过程2。

该图谱还揭示了发育细胞与一些先天性肢体综合征(例如短手指和多余手指)之间的新联系。

众所周知，四肢最初是作为身体两侧未分化的细胞袋出现的，没有特定的形状或功能。然而，经过 8 周的发育，它们已经分化良好，解剖结构复杂，可以立即识别为四肢，包括手指和脚趾。这需要非常快速和精确的细胞编排。这一过程的任何微小干扰都可能产生下游影响，这就是为什么四肢变异是最常报道的出生时综合征之一，影响全球大约五百分之一的新生儿3。

虽然肢体发育已在小鼠和小鸡模型中进行了广泛研究，但它们在多大程度上反映了人类的情况仍不清楚。然而，技术的进步现在使研究人员能够探索人类肢体形成的早期阶段。

在这项新研究中，中山大学威康桑格研究所的科学家及其合作者分析了发育 5 至 9 周的组织。这使得他们能够追踪在特定时间和特定区域激活的特定基因表达程序，这些程序塑造了正在形成的肢体。

组织的特殊染色清楚地揭示了细胞群如何差异性地排列成形成手指的模式4。

作为研究的一部分，研究人员证明某些基因模式对手和脚的形成有影响，并识别出某些基因，当这些基因被破坏时，它们与特定的肢体综合症有关，如短指症(短手指)和多指症(额外的手指或脚趾)。

研究小组还证实，人类和小鼠在肢体发育的许多方面是相同的。

总的来说，这些发现不仅提供了人类肢体发育的深入特征，而且还提供了可能影响先天性肢体综合征的诊断和治疗的重要见解。

该研究的资深作者、广州中山大学的张洪波教授表示：“数十年对模式生物的研究为我们了解脊椎动物肢体发育奠定了基础。然而，迄今为止，在人类身上描述这一点一直难以捉摸，我们无法假设小鼠模型与人类发展的相关性。我们揭示的是一个高度复杂且精确调控的过程。这就像观看一位雕塑家正在工作，凿开一块大理石，展现出一件杰作。在这种情况下，大自然是雕塑家，其结果是我们的手指和脚趾令人难以置信的复杂性。”

威康桑格研究所的这项研究的资深作者、人类细胞图谱的联合创始人莎拉·泰克曼博士说：“我们第一次能够以单细胞分辨率捕捉到肢体发育的非凡过程。在空间和时间上。我们在人类细胞图谱方面的工作正在加深我们对复杂解剖结构如何形成的理解，帮助我们揭示人类健康发育背后的遗传和细胞过程，对研究和医疗保健具有许多影响。例如，我们发现了可能调节肌肉干细胞的关键基因MSC和PITX1的新作用。这可能为治疗肌肉相关疾病或损伤提供潜力。”