黄荷凤院士团队《自然》发文，描绘全球首个人类胚胎早期器官发生阶段时空动态转录全景图
2026年5月27日，浙江大学医学院黄荷凤院士团队联合华大科研团队及复旦大学在《自然》期刊上发表了题为Spatiotemporal transcriptome atlas of human embryos after gastrulation的研究论文。研究首次系统绘制了覆盖原肠胚运动后、器官形成关键期(Carnegie stage 12–23，受精后约4至8周)的人类全胚胎时空转录组图谱。
这是全球首个人类胚胎早期器官发生阶段时空转录全景图，标志着人类对早期器官发生的认知，从零散的切片观察迈入整体、动态、分子化的全景解析新阶段，填补了人类胚胎早期器官发生阶段的知识空白。
长期以来，受精后第4周至第8周的人类胚胎发育阶段被视为“认知盲区”：该阶段胚胎既难以在体外培养获得，也无法通过影像学手段获取类似胎儿发育的精准数据。
然而，这一阶段的分子调控与先天性心脏病、神经发育障碍及多种疾病的起源密切相关。尽管近年来测序技术不断进步，针对该阶段胚胎转录特征的系统性、连续性时空解析数据仍极为稀缺。
团队将Stereo-seq空间转录组平台与DNBelab C4液滴微流控单核RNA测序(snRNA-seq)技术联用，通过捕获细胞核内mRNA进行分析，有效规避了胚胎组织解离过程中可能引入的转录偏差，实现了对全胚胎及多种细胞类型的高覆盖度解析。
在数据分析层面，团队建立了一套标准化分析流程(SAW)，涵盖图像配准、空间条形码解码及基因表达矩阵生成等关键环节。该方法在同一胚胎框架下，同时获取空间位置信息与细胞状态动态，系统回答了“哪些细胞在何时何地、受何基因驱动”的核心科学问题。
通过系统分析13枚覆盖CS12至CS23阶段的正常人类胚胎，结合77张矢状切面，团队共解析出50个器官或解剖区域，以及198个分子定义的亚结构，将心脏、大脑、肺、肾等器官的建立过程首次纳入统一的时空坐标。
在这张全景图中，研究团队获得了一系列改写传统认知的重要发现。比如，团队对心脏的“天然起搏器”——窦房结进行了精细解析，发现此前功能未知的RORA和KIAA1324L等关键基因在窦房结发育中发挥关键调控作用，并通过斑马鱼及小鼠在体功能实验证实，这些分子在起搏细胞分化与心率维持中发挥必要作用，为先天性心律失常等疾病的分子机制提供了全新线索。
新发现也出现在大脑研究中。研究首次系统描绘了该时期人脑的精细分子分区，并更新了抑制性与兴奋性神经元的分化时序。研究改写了传统认知：抑制性神经元标志物在CS12–13阶段即已出现，而兴奋性神经元标志物在CS19阶段已被检测到。以HMGA2为核心的神经前体细胞分化调控网络与智力障碍相关基因显著关联，为理解神经发育疾病的分子基础提供了新视角。
针对临床高发的孕期感染问题，团队创新性解析了巨细胞病毒、寨卡病毒、乙肝病毒、SARS-CoV-2等常见病原体入侵受体在全胚胎内的时空分布，发现其呈现高度器官特异性和阶段特异性，为孕期感染的“窗口期效应”提供了分子层面的解释。
值得关注的是，研究发现多个疾病相关基因在人类与小鼠胚胎中存在表达时程差异，提示模式动物在模拟某些人类发育疾病时可能存在一定局限性。
此外，该研究还在器官水平系统描绘了人类胚胎发育期间的等位基因不平衡表达图谱，在验证已知印记基因分布的同时，识别出一批呈非双等位表达模式的候选基因，为探究发育疾病的印记异常提供了直接的时空参照。
浙江大学医学院医学遗传与发育研究院/附属妇产科医院黄荷凤院士、基因组多维解析技术全国重点实验室研究员徐讯、复旦大学附属妇产科医院教授丁国莲、基因组多维解析技术全国重点实验室副研究员高雅、复旦大学附属妇产科医院研究员杨红波、华大基因研究员赵立见为论文的共同通讯作者。
复旦大学附属妇产科医院副教授潘洁雪、基因组多维解析技术全国重点实验室李月娇博士、浙江大学医学院附属妇产科医院林忠亮博士、基因组多维解析技术全国重点实验室兰青博士和张颖博士、上海交通大学陈慧汐博士、复旦大学附属妇产科医院博士研究生隋盛威、基因组多维解析技术全国重点实验室翟曼硕士、复旦大学附属妇产科医院博士研究生张杲琛为论文共同第一作者。
此外，中国科学院药物研究所杨辉教授、北京协和医学院翟晓梅教授、中国科学院生物物理研究所朱冰院士、复旦大学徐一驰教授、中国科学院动物研究所于乐谦教授和焦建伟教授对本研究提供了支持与协助。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持。
来源｜黄荷凤院士课题组
编辑｜杨可
原标题：《黄荷凤院士团队《自然》发文，描绘全球首个人类胚胎早期器官发生阶段时空动态转录全景图》