在生命起源的奧秘中，胚胎發育始終是深受關注的謎題之一。中胚層和內胚層器官原基的精確定位及形成機制成了困擾學界百年的“世紀難題”。如今，這一僵局被中國科學家打破。18日，東南大學林承棋、羅卓娟、謝芃團隊在國際頂級期刊《細胞》在線發表研究成果，首次構建覆蓋小鼠原腸運動后期至心臟等器官原基形成期的單細胞精度三維數字胚胎，在胚內-胚外界面發現中內胚層器官原基決定區（以下簡稱“PDZ”），揭示心臟、前腸等器官原基發育的獨特信號微環境。這項突破不僅填補了哺乳動物心臟早期發育理論空白，更為先天性心臟病等出生缺陷防治與再生醫學研究提供關鍵理論基礎。
“就像在混沌初開的細胞團中找到命運羅盤。”項目主要負責人、東南大學生命科學與技術學院教授林承棋這樣比喻，早期胚胎看似簡單的細胞團里，藏著決定心臟、肺、肝臟等器官形成的“關鍵細胞”。而器官原基決定區就像一個精密的“信號處理器”，在胚內高濃度信號抑制分子與胚外激活性配體分子的交界處，形成低信號活性“洼地”，通過整合無翅型相關整合位點、成纖維細胞生長因子、骨形態發生蛋白等通路，將微環境信號轉化為基因選擇性表達指令，驅動器官原基形成。
這項突破的背后，是一支跨學科團隊近六年的持續攻堅。“我們建構了6個單細胞數字胚胎，每個胚胎細分為60個切片，累計解析數十萬個細胞的基因表達信息。這項工作的難度遠超想象，初期可用的生物信息學工具十分有限，為了追求更高精度，我們只能邊做邊開發。”論文第一作者、東南大學生物科學與醫學工程學院教授謝芃介紹。譬如，為捕捉器官形成的動態過程，團隊在器官原基形成關鍵時期，對小鼠胚胎進行單細胞空間組學分析，像給每個細胞裝上“GPS定位”，記錄其基因表達特征與空間位置。
“這項研究的意義遠不止于基礎科學突破。”論文共同通訊作者、東南大學生命科學與技術學院教授羅卓娟表示，先天性心臟病是我國最為常見的出生缺陷類型。而PDZ區域的發現，為追溯心臟發育異常的起源提供了“時空坐標”——在胚胎器官發育的關鍵窗口期，遺傳因素或環境因素對PDZ微環境的干擾，可能導致器官原基形成異常。
“就像找到了器官發育的‘隱秘鑰匙’。”羅卓娟解釋，通過數字胚胎技術，科學家能精準定位決定中內胚層器官命運的細胞群，進而研究基因突變或環境因素如何影響這一過程。
更深遠的影響在于對胚胎發育生物學的整體推動。“史無前例”，業內專家如是評價，強調研究的原創性與突破性，認為其填補了領域內的關鍵空白。PDZ的發現將開啟中內胚層器官發育研究的新紀元——這項工作首次在單細胞精度揭示器官原基形成的時空動態，為理解器官再生、腫瘤發生等重大科學問題提供了全新方法論。
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