先天性心脏病是新生儿最常见的出生缺陷类型。我国科学家最新研究发现，哺乳动物胚胎发育早期存在一个器官原基决定区，为先天性心脏病等出生缺陷防治与再生医学研究提供了关键理论基础。6月18日，国际学术期刊《细胞》在线发表了这一研究成果。

哺乳动物早期胚胎的细胞团决定着心脏、肺、肝脏等器官的形成，其发育机制是生命科学领域的重点研究方向。为探究器官发育异常的深层原因，国家重点研发计划项目首席科学家、东南大学生命科学与技术学院教授林承棋带领研究团队对小鼠胚胎进行单细胞空间组学分析，以捕捉器官形成的动态过程。

“空间组学分析好比是给每个细胞装上GPS定位，记录下空间位置信息和基因表达的特征。”林承棋介绍，这项研究前后历时6年，建构了多个覆盖小鼠原肠运动后期至心脏等器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎，累计解析超十万个细胞的基因表达信息。

东南大学研究团队建构的小鼠三维数字胚胎。（受访者供图）

研究发现，小鼠胚胎发育到7.75天时，胚内-胚外交界处出现一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区（PDZ）。此时该区域紧邻的胚内、胚外部分分别呈高浓度的信号抑制分子和激活性配体分子，但区域内呈现低信号活性“洼地”，表达多种受体信号基因，由此形成易于接收多胚层信号调控输入、驱动心脏与前肠等器官原基协同发育的微环境。微环境信号被转化为基因选择性表达指令后，驱动心脏等器官原基形成。

“PDZ区域的发现证实了在胚胎器官发育的关键窗口期，遗传因素或环境因素对PDZ微环境的干扰可能导致器官原基形成异常。”发育与疾病相关基因教育部重点实验室教授罗卓娟指出，这项研究首次在单细胞精度揭示了器官原基形成的时空动态，为先天性心脏病等出生缺陷及相关疾病防治提供了更精准的科学依据，同时也为学界理解器官再生、肿瘤发生等重大科学问题提供了全新方法论。