前後軸的形成由遠端內髒內胚層(DVE)和前內髒內胚層(AVE)調節，是著床前後胚胎發生的必要條件。然而，DVE和AVE的起源和特化原理仍然難以捉摸。

2023年1月9日，清華大學周帆團隊在Developmental Cell(IF=13)在線發表題為“Decoding anterior-posterior axis emergence among mouse, monkey, and human embryos”的研究論文，該研究揭示了小鼠、猴子和人類胚胎中前後軸的發生機製。在這裏，作者通過單細胞轉錄組分析和擬時序分析，表明DVE和AVE獨立起源於小鼠囊胚的特化初級內胚層。沿著不同的發育路徑，這兩種譜係分別經曆了四種有代表性的狀態，在著床前後具有階段特異性的轉錄模式。

進一步的比較分析表明，AVE，而不是DVE，在人類和非人類靈長類動物胚胎中被檢測到，確定了不同物種之間極性形成的差異。此外，幹細胞組裝的人胚細胞缺乏DVE或AVE前體，這意味著額外誘導具有DVE/AVE潛能的幹細胞可以促進當前的胚胎樣模型及其著床後生長。該工作為深入了解胚胎極性形成和早期哺乳動物發育提供良好的的機會。

著床後，小鼠胚胎逐漸建立前後(AP)極性，標誌著原腸胚形成的開始，隨後是主條紋和胚層的後續規範。目前已有廣泛的研究表明，小鼠胚胎的AP極性是由E6.5.在胚胎未來前側產生的前內髒內胚層(AVE)時產生的，AVE作為信號中心發揮“燈塔作用”，控製著前側神經係統的初始特化和後側神經係統的初級條紋。

有趣的是，AVE是否來源於早期Lefty1+遠端內髒內胚層(DVE)一直存在爭議。遺傳譜係追蹤和免疫組織學實時成像顯示，由Lefty1-E5.5周圍的內髒內胚層(VE)細胞向遠端轉移。目前尚不清楚DVE和AVE是否代表兩種獨立的譜係，具有不同的起源和發展途徑。與此同時，體外培養係統在很大程度上促進了對猴子和人類著床前後階段的研究。然而，由於樣本有限和倫理問題，對AVE和靈長類胚胎體軸形成的研究仍處於初步階段。

理解胚胎譜係專門化的挑戰在於少數新生細胞隻是在很短的發育窗口內出現，在這種不同步的細胞命運轉變過程中表現出了大部分未被表征的分子異質性。基於單細胞RNA測序(scRNA-seq)數據的擬時序重建似乎是揭示譜係規範和相關分子事件的可靠工具。因此，利用RNA速度算法和CellRank，作者通過單細胞轉錄組學來研究小鼠胚胎中DVE和AVE的細胞命運軌跡和最可能的路徑。為了識別物種間的差異，作者整合了新測序和已發表的植入後培養胚胎的數據集，提供了小鼠、猴子和人類的DVE和AVE譜係的基因表達模式的概述。

機理模式圖(圖源自Developmental Cell)

在這裏，通過組學數據分析，作者的研究重建了小鼠、猴子和人類在著床期發育過程中DVE和AVE譜係的分子事件。深入分析了AP軸相關譜係的發育軌跡和特征，將為研究胚胎發生過程中細胞命運決定的分子機製提供啟發，也為胚胎培養的體外模擬和生殖醫學的進展提供線索。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022.12.004