Nature子刊：山东大学吴克良/刘博洋‌/赵涵/陈子江团队通过空间多组学图谱描绘CS12期人类胚胎的早期器官发生|刘博洋|吴克良|山东大学|细胞|赵涵|转录组

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

器官发生（Organogenesis）是人类胚胎早期发育中最活跃的阶段之一。尽管该时期的形态特征已有描述，但由于缺乏整合的空间策略，其背后的转录和代谢图谱仍不明确。

2026 年 10 月 20 日，山东大学妇儿与生殖健康研究院吴克良教授、刘博洋‌副研究员、赵涵教授、陈子江院士作为共同通讯作者，在 Nature 子刊Nature Cell Biology上发表了题为：Spatial multi-omic atlas profiles early organogenesis of a Carnegie stage 12 human embryo 的研究论文。

该研究通过绘制空间多组学图谱，揭示了卡内基分期 12 期（CS12）人类胚胎的早期器官发生过程。

人类器官发生期是发育过程中的一个关键阶段，但目前仍了解甚少。在此期间，基本的身体结构和所有主要器官的原始组织均得以建立，但由于胚胎材料获取困难以及伦理限制，长期以来对人类胚胎的直接研究受到阻碍。因此，关于不同细胞类型如何产生并协同形成功能性组织，以及代谢信号如何与基因程序相互作用以驱动器官发生等许多基本问题仍未解决。

卡内基分期 12 期（CS12）对应受精后约 4 周左右，胚胎的特征包括尾端神经管闭合、耳囊和主动脉弓的形成，以及心室前部隆起。此阶段发生的缺陷构成了大多数先天性畸形的主要原因。最近，对 CS7 至 CS9 期人类胚胎进行的全面空间转录组图谱绘制，已实现了胚胎组织的三维（3D）重建。一项针对 CS13 期胚胎的单细胞与空间转录组整合研究，鉴定了涵盖 18 个发育中器官系统的数百个细胞簇。然而，这些研究主要聚焦于转录组层面。

组织的形态不仅由基因表达程序决定，还受到信号分子、代谢物和蛋白质的影响，这些物质共同构成了生化微环境。空间代谢组学能够揭示超越 mRNA 的分子信息，在加深对器官发生机制的理解方面具有巨大潜力。目前新兴的技术手段已可在同一框架下同时测量多种模态数据，从而阐明代谢信号与基因调控网络在原位的相互作用。然而迄今为止，尚未有针对人类胚胎的空间多组学图谱被报道，因此人类器官发生的代谢空间维度仍处于未探索状态。特别是将空间转录组学与非靶向空间代谢组学整合应用于人类胚胎时，在数据配准和分析方面面临独特的挑战。

在这项最新研究中，研究团队构建了 CS12 期人类胚胎的空间转录组与代谢组图谱，并将其与胚胎解剖结构进行共配准，构建了一个统一的空间多组学框架。对空间转录组数据进行无监督聚类分析，鉴定出覆盖主要器官原基的 17 种细胞群体。值得注意的是，研究团队在肝脏原基内观察到肝细胞与胆管细胞谱系预编程的转录程序在空间上相互分离，并在 CS12 期检测到心脏流出道和窦房结前体细胞的存在。此外，研究团队通过将基因丰度与代谢物丰度进行整合分析，揭示了转录因子与代谢通路在区域上的关联，这些关联支撑了谱系特化过程。