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。1924年，科學家通過兩棲類胚胎實驗發現外胚層器官原基與體軸形成的“組織中心”并獲1935年諾貝爾獎，但中胚層和內胚層器官原基的精確定位及形成機制卻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。

6月18日，東南大學林承棋、羅卓娟、謝芃團隊以《小鼠早期器官發生期完整胚胎數字重建》為題，在國際頂級期刊《Cell》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。

 東南大學研究團隊建構的小鼠三維數字胚胎

十萬細胞構建“數字生命圖譜”

“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、生命科學與技術學院教授林承棋在采訪中比喻道，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PDZ區域就像一個精密的“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WNT、BMP與FGF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、生物科學與醫學工程學院教授謝芃介紹。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，如同給每個細胞裝上“GPS定位”，記錄其基因表達特征與空間位置。

  單細胞數字胚胎技術破譯早期心臟發育密碼

破局世紀難題：解鎖生命早期的發育密碼

“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、生命科學與技術學院教授羅卓娟指出，我國出生缺陷發病率高達5.6%，其中先天性心臟病是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’。”羅教授解釋，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。“a first of a kind（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。就像1924年外胚層組織中心的發現推動神經發育研究一樣，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。

創新背后的“中國智慧”：跨學科融合的科研范式

這項研究的創新性不僅體現在科學發現本身，更在于在多學科交叉的科研范式中匯智聚力——生物學家、計算機科學家、醫學專家打通研究各環節，從頂層構想、資源調配，到研究方案設計實施、關鍵數據分析及論文撰寫，全鏈協同攻關，最終推動研究取得突破性進展。

“學校為我們提供了寬松的科研環境，為研究奠定了良好基礎。”作為項目總設計人，林教授特別指出，東南大學在跨學科交叉合作方面的大力支持，是成果產出的關鍵保障。

項目研究團隊與多家科研機構緊密協作，包括香港中文大學（深圳）的劉瑾教授團隊，開展了深入的跨學科合作。林教授笑言：“每天晚上開會討論數據，成了團隊的常態。”這種高強度的科研攻關持續了近六年。最終，團隊不僅取得了構建“數字胚胎”的技術突破，更建立了一套涵蓋“基礎理論-算法工具-研究模型”的完整研究體系。

隨著單細胞數字胚胎技術的正式亮相，這項東南大學科研團隊領銜的原創成果正引發全球關注。“我們希望通過平臺共享，讓更多同行利用這些數據和工具，共同探索生命的奧秘。”林教授表示，團隊下一步將聚焦PDZ區域信號網絡的精細調控機制，探索器官發育異常的深層原因，為出生缺陷及相關人類疾病防治提供更精準的科學依據。

從1924年到2025年，歷時一百多年，人類終于從細胞層面破譯了心臟發育的“最初密碼”。這項誕生于中國實驗室的成果，不僅標志著我國在胚胎發育研究領域躋身世界前列，更是彰顯了高校以基礎研究服務人民、助力國家發展的初心與擔當。

通訊員 吳涵玉

揚子晚報/紫牛新聞記者 王赟

校對 陶善工