早期人类发育图揭示卵黄囊的多个器官功能

今天(8 月 17 日) 《科学》杂志上发表的一项研究描绘了人类卵黄囊在支持早期胚胎发育和第一波产前免疫系统中的作用。

来自威康桑格研究所、纽卡斯尔大学、剑桥干细胞研究所的研究人员及其合作者发现，卵黄囊具有多种器官功能——它的作用类似于肝脏，可以排除毒素、制造凝血因子，并产生一种关键的激素——促红细胞生成素(刺激红细胞生成)通常由成人的肾脏生成。它提供了肝脏、骨髓和肾脏在早期发育过程中形成之前所执行的功能。该研究还首次揭示了卵黄囊内血液和免疫细胞是如何产生的。

卵黄囊在外部与胚胎相连，并在怀孕的第一周在子宫内发育。它对于为发育中的胚胎提供营养和代谢支持至关重要。

这项研究是国际人类细胞图谱* (HCA) 计划的一部分，该计划正在绘制人类生命周期中人体每种细胞类型的图谱，以改变我们对健康和疾病的理解。

这项工作分析了十个卵黄囊样本 (1) 并集成了外部数据集，使研究人员能够在受孕后四到八周内观察超过 169,000 个细胞。通过使用尖端的单细胞测序 (2) 和人类卵黄囊的全器官成像 (3)，研究人员获得了免疫系统发育初期的图片。这项工作是三部曲中的最后一篇，完成了对妊娠期间发育中身体三个部位(卵黄囊、肝脏和骨髓)免疫系统形成的分析。

许多儿童疾病，例如白血病，都起源于免疫系统的早期发育。然而，我们对早期免疫发育的大部分了解都是从动物研究中推断出来的，主要是在小鼠身上。过去，获取样本的困难阻碍了发育研究，限制了我们对产前免疫系统的了解。

今天提出的工作还揭示了一个重大发现——一种在发育早期加速产生巨噬细胞的新方法。研究人员绘制了第一个造血干细胞如何从卵黄囊血管内壁中产生的图谱。这些干细胞在卵黄囊中产生不同类型的血液和免疫细胞，并且还以与成人完全不同的方式产生称为巨噬细胞的特殊免疫细胞。

巨噬细胞发育途径似乎是早期胚胎所独有的——一种快速而直接的获取身体所需细胞的途径。相反，在发育后期和成年期，干细胞产生单核细胞(中间细胞阶段)，然后转化为巨噬细胞。

这一发现可能为具有独特组织形成特性的工程化巨噬细胞的新的和改进的生产打开了大门，这些巨噬细胞具有许多治疗应用，例如在愈合伤口的再生医学和阿尔茨海默病等退行性脑疾病中。

这篇论文的共同第一作者、威康桑格研究所的客座科学家 Issac Goh 说：“这是第一次在单细胞水平上对卵黄囊进行分析，为我们提供了大量关于卵黄囊如何在单细胞水平上进行分析的信息。器官在人类发育的第一阶段发挥作用。它以人类细胞图谱先前研究中发现的工作为基础，为我们提供了对我们制造的最早的血液和免疫细胞的新见解。直到现在我们才知道卵黄囊具有这些功能。”

该论文的联合第一作者、威康桑格研究所的客座科学家 Rachel Botting 博士说：“想到这项工作所带来的可能性，从在实验室中人工改造细胞的新方法到更好地了解疾病，这是令人兴奋的。怀孕初期。”

研究人员还将人类卵黄囊数据与兔子和小鼠卵黄囊数据进行了比较，发现人类和兔子卵黄囊功能相似且保守，而小鼠卵黄囊则不同。

人类卵黄囊是早期红细胞产生的主要场所，而小鼠的肝脏也是重要的贡献者。这对早期发育研究的进展具有重要意义，表明对人体组织的研究对于清楚地了解这些初始阶段所发生的情况至关重要。

该研究的资深作者、纽卡斯尔大学的小组组长 Laura Jardine 博士表示：“创建生命早期血液和免疫细胞发育的全面人类图谱是了解多种疾病中出现问题的重要基础。”

威康桑格研究所的资深作者兼小组组长 Muzlifah Haniffa 教授表示：“弄清楚卵黄囊在怀孕最初几周的演变对于理解免疫系统的发育至关重要。这是我们第一次展示卵黄囊的多个器官功能——我们看到了从卵黄囊到肝脏、再到骨髓的中继。我们还发现了学习如何产生与我们在成人生活中产生的细胞不同的细胞的方法。这意味着细胞工程并不总是必须遵循相同的方法。这是另一个可以让你更快到达目的地的食谱。”

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