脊椎动物胚胎轴体的形成始于胚胎尾部的祖细胞群体。其中，神经中胚层祖细胞（NMP）具备向外胚层发育为神经板和神经管的能力，同时也能向中胚层发育生成脊索及轴旁中胚层（PXM）。PXM随后转化为体节，而体节又进一步分化成生骨节、生皮节和生肌节，最终形成脊椎。神经管、脊索和体节构成了躯干组织的基本单位。尤其是在胚胎中线位置的脊索，标志着轴体的形成，为发育中的胚胎提供结构支撑，并通过信号分子调控周围组织的发育。

虽然已有研究使用干细胞建立了模拟原肠胚和体节等的类器官，但关键的脊索及其依赖组织，如神经底板的体外模型尚未成功。直至2024年12月18日，英国Francis Crick Institute的研究团队在顶级学术期刊《Nature》上发表了名为“Timely TGFβ signalling inhibition induces notochord”的研究，首次通过WNT和FGF的激活，结合延迟24小时后的TGFβ/BMP抑制，成功诱导了脊索类器官（notoroids）的建立。该方法在体外有效构建了由体节和周围神经组织包覆的脊索细胞，并且这些脊索类器官展现出调控神经管及体节发育的能力。

在鸡胚尾部区域的单细胞RNA测序分析中发现，4体节到13体节的发育阶段中，负责脊椎动物躯干形成的主要祖细胞群体为NMP和脊索祖细胞。NMP共表达神经细胞的标志物SOX2与中胚层标志物TBXT，显示为SOX2+TBXT+细胞；脊索祖细胞则以高水平表达TBXT、FOXA2及SHH等为特征。这些观测结果在鸡胚与小鼠及猕猴中均展现出一致性，表明脊椎动物躯干发育存在高度保守性。

为了评估特定信号通路在躯干祖细胞特化过程中的作用，研究团队建立了SOX2+TBXT+ NMP的躯干祖细胞体外模型，并通过几何限制方式诱导了有序的基因表达，以及脊索细胞和神经细胞的分区。这一模型中，SOX2高表达的类神经细胞位于克隆中心，而TBXT高表达的类中胚层细胞则位于克隆的边缘。研究证实FGF和WNT信号能够诱导中胚层的发育及PXM的命运转变；而WNT的激活也促进了NMP中中胚层的形成。

通过单细胞RNA测序，研究人员发现NMP细胞中高水平表达人类特有的BMP和NODAL抑制剂BAMBI，而脊索细胞中则存在BMP拮抗因子NOG和CHRD的高表达。跨物种的转录组比较也揭示了BMP和NODAL的抑制在脊索发育中的重要性，提示TGFβ/BMP的抑制有助于脊索的正常发育。根据不同时间点施加的TGFβ/BMP抑制，研究人员发现瞬时抑制会导致NMP显著减少，可转而形成TBXT+FOXA2+脊索细胞，而长时间抑制则促进内胚层和侧板中胚层的产生。

综合上述研究结果，研究团队利用人类胚胎干细胞，结合WNT和FGF的共刺激，24小时后施加TGFβ抑制，之后在添加视黄酸前体的条件下进一步培养，成功获得了脊索类器官（notoroids）。这些脊索类器官中的细胞标记TBXT，证实其脊索身份，外层则为SOX2+TBXT-，形态与神经上皮相似。这种脊索类器官的构建为研究躯干组织的形成与发育提供了一个理想的平台。

值得一提的是，SHH作为一种形态发生素，其高浓度能诱导腹部神经元的形成，低浓度则可诱导运动神经元。透过单细胞RNA测序数据，我们发现脊索类器官产生的SHH能够促进神经管向腹部神经元的分化，并且多种侧腹细胞类型的基因表达与脊索样细胞的存在密切相关。新生的PXM和脊索共表达BMP拮抗剂NOG和CHRD，进一步证明脊索类器官对周边组织发育的调控能力指标。

研究人员强调，WNT及FGF信号的刺激以及BMP和NODAL的抑制对产生和维持躯干祖细胞及其后部身份至关重要。这一发现指出，WNT和FGF信号可持续诱导内源性NODAL和BMP的生成，促进内胚层和侧中胚层的分化，因此，为脊椎动物的发育机制研究提供了新见解。

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