科研速递丨黄荷凤院士团队《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

浙江大学医学院附属第四医院

2026-06-02 14:05:21

科研速递丨黄荷凤院士团队《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

重磅成果

从一颗受精卵到一个完整的人，中间只隔了约270天。而在这270天中，最关键的30余天——受精后第4周到第8周——几乎所有器官同时破土而出，心脏开始搏动，大脑划出分区，脊柱伸展成型。这短短1个多月，是生命从蓝图变为建筑的施工现场。尽管此前已有零星研究触及这一阶段的局部分子特征，但如同只拿到几块拼图碎片——完整的施工图纸始终缺失。如今，中国科学家第一次为这段时期绘制了一张覆盖全器官的分子导航图。

人类胚胎受精后第4周至第8周，是几乎所有主要器官从无到有的关键窗口期，也是先天性心脏病、神经发育障碍等重大疾病的起源阶段。然而，这一时期长期被视为发育生物学的"认知盲区"——体外培养难以维持该阶段胚胎的正常发育，影像学手段亦无法提供分子层面的精准信息，系统性的时空转录数据极为匮乏。

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Nature发表研究论文，通过整合高分辨空间转录组技术Stereo-seq与单核RNA测序（snRNA-seq），首次系统绘制了覆盖Carnegie stage 12至23（受精后约4至8周）的人类全胚胎时空转录组图谱，这是全球首个涵盖人类早期器官发生完整阶段的时空动态转录全景图，标志着人类对胚胎器官形成的认知从零散的组织切片观察迈入整体、动态、分子化的全景解析新时代。

研究团队将华大自主研发的Stereo-seq空间转录组平台与DNBelab C4液滴微流控单核RNA测序技术联合应用，通过直接捕获细胞核内mRNA进行分析，有效规避了传统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、低噪声解析。在数据处理层面，团队建立了一套标准化空间分析流程（SAW），涵盖组织切片图像配准、空间条形码解码及基因表达矩阵生成等核心环节，确保了从原始数据到生物学结论的全链条质量控制。该策略在同一胚胎框架下同时获取细胞的精确空间坐标与动态转录状态，系统回答了"哪些细胞在何时何地出现、受何种基因程序驱动"这一器官发生领域的核心科学问题。

研究共系统分析了13枚人类胚胎，结合77张矢状切面，解析出50个器官或解剖区域及198个分子定义的亚结构，心脏、脑、肝、肺、肾、骨骼、脊髓、肌肉等器官的建立过程首次被置于统一的时空坐标体系中。在心脏发育方面，团队对窦房结（心脏的"天然起搏器"）进行了精细分子解析，发现此前功能未知的RORA和KIAA1324L等基因在起搏细胞分化与心率维持中发挥关键调控作用，并通过斑马鱼及小鼠体内实验予以验证，为先天性心律失常提供了新的分子靶点。在神经发育方面，研究更新了抑制性与兴奋性神经元（inhibitory and excitatory neurons）的分化时序认知——抑制性神经元标志物在CS12–13阶段即已出现，兴奋性神经元标志物在CS19阶段即被检测到，均早于传统认知；以HMGA2为核心的调控网络与智力障碍相关基因显著关联。研究还创新性地绘制了巨细胞病毒、寨卡病毒、乙肝病毒及SARS-CoV-2等病原体入侵受体在全胚胎中的时空分布图谱，揭示了胚胎早期感染易感性的器官特异性和阶段特异性，为孕期感染的"窗口期效应"提供了分子解释。此外，研究在器官水平描绘了等位基因不平衡表达（allelic imbalance）图谱，识别出一批新的候选印记基因，为发育疾病的表观遗传研究提供了时空参照。

论文通讯作者、中国科学院院士黄荷凤介绍："这项工作如同为人类早期发育绘制了一张高精度导航图。过去我们对这30余天里器官如何成形的认识是碎片化的，现在第一次有了一个完整的、分子水平的坐标体系。"她表示，未来团队将在现有图谱基础上融合三维成像与临床遗传数据，进一步解析器官形态发生与关键基因调控网络，并推动图谱与出生缺陷表型数据相结合，为先天性疾病的早期风险识别和精准干预提供支撑。"我们希望这张图谱不仅是一份基础研究资源，更能真正服务于临床，帮助医生在孕早期更好地预警和应对发育异常。"也正如审稿人所评价的，这是一份"全球科学家与临床医生翘首以盼的杰作"，其所构建的时空图谱将作为人类发育生物学领域的重要基础资源，持续推动生殖医学、遗传学与临床转化研究的深入发展。

不负韶华，喜获佳绩

作者与致谢

本研究由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领衔，与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共同担任通讯作者。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。

研究得到中国科学院药物研究所杨辉教授（模式动物建立）、北京协和医学院翟晓梅教授（伦理咨询）、中国科学院生物物理研究所朱冰院士（等位基因表达分析）、复旦大学徐一驰教授以及中国科学院动物研究所于乐谦教授和焦建伟教授（数据共享）的支持与协助。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。