Science：通过构建人类卵黄囊细胞图谱揭示卵黄囊具有多种器官功能

在一项新的研究中，来自英国惠康桑格研究所、纽卡斯尔大学和剑桥干细胞研究所等研究机构的研究人员构建人类早期发育期间的卵黄囊细胞图谱，发现卵黄囊具有多种器官功能---它像肝脏一样排出毒素和制造凝血因子，此外还能产生一种刺激红细胞生成的通常由成人肾脏产生的关键激素----促红细胞生成素（erythropoietin）。它还能提供骨髓在早期发育期间形成之前的功能。他们还首次揭示了血细胞和免疫细胞如何在卵黄囊中产生。相关研究结果发表在2023年8月18日的Science期刊上，论文标题为“Yolk sac cell atlas reveals multiorgan functions during human early development”。

卵黄囊与胚胎外部相连，在怀孕的前几周在子宫内发育。它对为发育中的胚胎提供营养和代谢支持至关重要。

这项研究是国际人类细胞图谱（Human Cell Atlas, HCA）计划的一部分，该计划正在绘制人一生中的每一种细胞类型，以改变我们对健康和疾病的认识。

这些作者分析了10个卵黄囊样本，并整合了外部数据集，以便能够观察受孕4到8周后的169000多个细胞。通过使用最先进的单细胞测序技术和人类卵黄囊全器官成像技术，他们获得了免疫系统发育初期的图谱。他们完成了对妊娠期免疫系统在发育中身体的三个部位--卵黄囊、肝脏和骨髓---形成的分析。

许多儿童疾病，如白血病，都起源于免疫系统的早期发育。然而，我们对早期免疫系统发育的了解大多来自动物实验，其中大部分是小鼠实验。获取样本的困难阻碍了过去的发育研究，限制了我们对产前免疫系统的了解。

这项新的研究还揭示了一个重大发现---一种在发育早期就能加快巨噬细胞产生的新方法。这些作者绘制了第一批造血干细胞如何从卵黄囊血管内膜中产生的图谱。这些造血干细胞在卵黄囊中一波一波地产生不同类型的血细胞和免疫细胞，并以完全不同于成年后的方式制造称为巨噬细胞的特化免疫细胞。

这种巨噬细胞发育途径似乎是早期胚胎所独有的---一种快速、直接获得身体所需细胞的途径。相反，在发育后期和成年期，造血干细胞制造单核细胞（中间细胞阶段），然后转化为巨噬细胞。

这一发现可能为产生具有独特组织形成特性的新的和改进的工程化巨噬细胞打开大门，这种工程化巨噬细胞有许多治疗应用，如用于愈合伤口的再生医学和治疗退化性脑部疾病，如阿尔茨海默病。

人类卵黄囊具有多种器官功能。图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.add7564。

论文共同第一作者Issac Goh说，“这是首次在单细胞水平上对卵黄囊进行分析，为我们提供了大量关于这一主要器官在人类发育最初阶段如何发挥功能的信息。在人类细胞图谱（Human Cell Atlas）先前研究发现的工作基础上，它让我们对人类最早制造的血细胞和免疫细胞有了新的认识。直到现在，我们才知道卵黄囊具有这些功能。”

论文共同第一作者Rachel Botting博士说，“想到这项研究带来的各种可能性，从实验室中人工改造细胞的新方法到更好地了解怀孕早期出现的疾病，都令人兴奋。”

论文共同通讯作者Laura Jardine 博士说，“构建全面的人类早期血细胞和免疫细胞发育图谱是了解各种疾病的重要基础。绘制出怀孕最初几周卵黄囊的演变过程对于了解免疫系统的发育至关重要。这是我们第一次展示卵黄囊的多种器官功能---我们观察到了从卵黄囊到肝脏再到骨髓的接力过程。”

论文共同通讯作者Muzlifah Haniffa教授说，“我们还发现了了解如何产生与成人不同的细胞的方法。这意味着细胞工程不必总是遵循相同的方法。这项研究有可能提供另一种实现这一点的策略。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Issac Goh et al. Yolk sac cell atlas reveals multiorgan functions during human early development. Science, 2023, doi:10.1126/science.add7564.

2. Multiple organ functions of the yolk sac revealed by early human development map
https://www.sanger.ac.uk/news_item/multiple-organ-functions-of-the-yolk-sac-revealed-by-early-human-development-map/