从受精卵到完整的人体，我们的四肢是如何发育的呢？为何原本一样的细胞，有的变成了纤维细胞，有的成为骨骼的一部分？一只正常发育的手为何是五个手指，为何大拇指的方向与其他四指不一样？

对于上述疑问，我们或许可以从近期发表在《Nature》的一项研究中找到一些答案。

2023年12月6日，中山大学中山医学院张宏波课题组等在《Nature》杂志发表题为《A human embryonic limb cell atlas resolved in space and time》的论文，报道了基于单细胞转录组学和空间转录组学技术建立的首个人类肢体发育单细胞图谱，解析了从肢体发生早期到形态完全形成的细胞演变路径和细胞空间位置决定过程。

张宏波教授团队从第五周初到第九周胚胎连续取样，获得超过10万个细胞，每个细胞约2000个基因，通过计算分析，团队率先构建起精细的、包含所有细胞类型的人类四肢发育单细胞图谱。通过团队自主研发的单细胞数据分析工具——DEAPLOG，研究人员还能够更好地找到每一个细胞的特征，寻找到关键基因，并在此基础上将这些基因锚定到细胞演变的路径上。

论文共同第一作者、张宏波团队博士后张宝介绍，利用这一图谱，能够直观地追踪特定时间和区域产生的细胞类型，鉴定到全新的细胞类型，并且可以刻画不同种类细胞激活的关键基因。

研究发现，调控上下肢差异决定的PITX1基因在调控不同肢体的骨骼肌形成却可能具有统一的机制。

研究团队还同步获得了小鼠四肢的发育的单细胞转录组数据，发现四肢发育的许多方面在人类和小鼠之间具有极高相似性。

四肢发育异常是全球报告最多的出生综合征之一。张宏波教授指出，图谱刻画出正常的肢体发育，提供一个正常发育的细胞演变时空“路线图”。如此一来，便可以帮助发现肢体发育异常的病变原因、发生时间等，为下一步的医学干预提供基础。

总之，这项研究为进一步跨物种深入研究肢体发育的详细调节机制、肢体发育异常的细胞生理机制，乃至更广泛的发育和再生过程中细胞命运调节机制和空间位置建成机制提供了重要参考。

 （环球医学编辑：常路）

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参考资料：
Nature丨张宏波/Sarah Teichmann合作建立首个人类肢体发育的单细胞图谱并解析关键调控机制
https://zssom.sysu.edu.cn/zh-hans/article/10477
中国科学家领衔发布首个人类肢体细胞发育“路线图”
http://www.news.cn/health/20240110/eb9af3e214ab43a9ada3a84686bdb4b4/c.html
A human embryonic limb cell atlas resolved in space and time
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06806-x