Science重磅研究！中科研动物所郭靖涛/王晓琰&北京大学第三医院张哲团队首次绘制人类胚胎泌尿生殖系统协同发育的动态图谱

中国科学院动物研究所郭靖涛/王晓琰&北京大学第三医院张哲团队在国际顶尖学术期刊《Science》发表一项重磅研究：首次通过高分辨率空间转录组学与单细胞多组学技术，绘制了人类胚胎泌尿生殖系统协同发育的动态图谱，揭示了器官间信号对话、细胞跨边界迁移以及激素合成的时空协调机制。

人类胚胎泌尿生殖系统的协同发育

破解“共域起源”的发育谜题

人类泌尿生殖系统源自一个共同的胚胎区域。长期以来，科学家们已知中肾、肾上腺和性腺在解剖位置上紧密相邻，但它们之间是否存在功能性的“跨器官对话”，一直缺乏分子层面的证据。研究团队收集了处于关键发育窗口期（受孕后约5至8周）的人类胚胎样本，结合空间增强分辨率组学测序、单细胞多组学测序、计算机基因调控网络分析、组织蛋白成像以及人胚胎干细胞衍生模型等多种手段，首次在空间原位背景下系统探究了这三个器官的协同发育。

关键发现

• 关键发现一：邻器官信号“指导”性腺早期分化

研究最引人注目的发现之一是，在早期性腺细胞特化阶段（约受孕后第5周），来自邻近中肾和肾上腺原基的信号能够被性腺原基接收。研究人员将这些信号分子组合应用于人胚胎干细胞衍生的中胚层细胞，成功诱导其向早期性腺谱系分化。这表明，周围的相邻组织在调控早期性腺发育中扮演着至关重要的“指导者”角色。

• 关键发现二：性腺支持细胞的“非常规起源”

在约受孕后第7周，性腺与中肾的交界处出现了“网细胞”，分别形成睾丸网和卵巢网。令人惊讶的是，作为这两个器官之间的组织连接，网细胞在转录特征上与中肾细胞更为相似，而非早期性腺细胞。多重分析进一步发现，在胚胎睾丸和卵巢中，存在兼具网细胞和性腺支持细胞特征的细胞群。通过与小鼠谱系追踪数据对比，研究团队提出一个颠覆性假说：部分性腺支持细胞可能并非传统认为的完全源于性腺本身，而是由与中肾相连的网细胞通过下调肾谱系标志物PAX8的表达转化而来。这一发现挑战了经典的发育生物学认知。

• 关键发现三：三类类固醇生成细胞的“接力赛”

研究还在泌尿生殖系统中鉴定出三种具有不同发育和代谢程序的类固醇生成细胞群体。在受孕后7至8周期间，两种肾上腺谱系依次出现：早期群体负责调控胆固醇的从头合成，而晚期群体则表达脂蛋白受体和皮质醇合成酶，转而从循环颗粒中摄取胆固醇并合成皮质醇——后者被认为可抑制雄激素分泌。值得注意的是，男性性腺类固醇生成细胞在约受孕后第8周出现，并迅速增加雄激素合成以确保雄性化进程；而在女性中，性腺类固醇生成细胞直到青春期才会出现。这种肾上腺与性腺激素产生的互补程序，精确地协调了性别分化过程中的激素平衡。

研究意义与未来展望

研究表明，人类泌尿生殖系统的发育是由相邻器官间的协调相互作用塑造的，这项研究整合了跨器官信号、可能的跨边界谱系贡献以及协调的激素产生，在一个空间背景下完整呈现了人类胚胎发育的过程。这一发现为理解泌尿生殖器官间协调紊乱如何导致先天性异常和性别发育差异提供了广泛的理论框架。未来，这些机制有望为相关疾病的早期诊断和干预策略开发提供新的靶点。（转化医学网360zhyx.com）

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aee5093

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