《自然》：科学家首次绘制人类肢体发育图，终于搞清楚指头是怎么长出来的了
原创 代丝雨 奇点网
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记得中学课上讲，人类与其他动物最大的区别在于人类会使用工具（后来发现其实很多动物也会），这一定程度上证明了人类在进化上的“高级性”。使得人类能够握持工具体现这种“高级”的，是堪称自然界中最精巧灵活的手指。手指是如何生长出来的？
根据观察自然的经验和直觉，或许你会觉得，手指应该是像花草树枝发芽那样，从手掌“破土而出”。但近期发表在《自然》杂志上的一篇论文显示，人类肢体并非“发芽”，而是“雕刻”。
这项研究来自中山大学张宏波团队和威康桑格研究所Sarah Teichmann团队，是人类细胞图谱计划的一部分。研究者们对人类早期胚胎的12万余个细胞进行了单细胞转录组RNA测序和空间转录组测序，鉴定了67个不同的细胞簇，发现手指脚趾诞生于精密策划的死亡，指间多余的细胞在基因的有序调控下“自杀”，使得手指逐渐显现。
张宏波生动地形容，这个过程就像看着一位雕塑家凿开原石，大自然创造出了难以想象的复杂作品——手指。
人类胚胎的四肢在5-6周时以未分化的肢体茎的形式出现，没有特定的形状或功能，但在胚胎发育第8周，它们就可以生长为分化良好、有复杂解剖学结构的手脚。短短时间内，不知道究竟发生了什么魔法。
研究者们分析了处于发育5-9周的人类胚胎组织，试图从中追踪到肢体发育过程中的特定基因表达程序。
实验过程，胚胎年龄PCW标注小数点前为周后为天，例如PCW5.6即为发育5周6天的胚胎研究者们共分析了12955个细胞，鉴定得到67个不同的细胞簇。发育中的细胞组成随时间显著变化，每个谱系的祖细胞状态在PCW5和PCW6中占主导地位，随后出现更多的分化细胞。
鉴定得到的不同细胞簇
PCW8.1人类后肢分析中，研究者观察到了在特定时间、特定区域激活的特定基因表达，包括参与手指形成和指间细胞死亡（ICD）的主要基因，例如IRX1/IRX2是手指边界定义的重要基因，RDH10和CYP26B1则在指间细胞死亡中至关重要。
调控指间细胞死亡的主要基因整个过程无异是迅速且精密的，一丝差错都可能导致肢体的残缺。先天肢体畸形是新生儿最常见的综合征之一，全球每500人中就有1人。
研究者同样观察到了一些与肢体畸形相关的基因的活跃，如TFAP2B突变可导致Char综合征。
肢体畸形相关基因此外，研究者们还对胚胎肌肉发生过程和微环境中细胞间通讯模式进行了分析，并对比了人类和小鼠肢体发育的同源性和差异性。相信这篇研究能够为人类认识肢体健康发育过程提供极大的帮助。
参考资料：
[1]Zhang, B., He, P., Lawrence, J.E.G. et al. A human embryonic limb cell atlas resolved in space and time. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06806-x