哺乳动物胚胎发育过程中，胎盘与胚胎共同发育，胎盘作为暂时性器官在胎儿母体界面上起着关键作用。它通过提供营养、气体交换、激素分泌和免疫调节，维持胚胎的健康发育直至分娩。在小鼠中，胚胎和胎盘的发育同步进行，胚胎来自植入后的囊胚内细胞团，而胎盘则起源于邻近的极性滋养外胚层细胞。这些滋养外胚层细胞分化为胎盘外胚层（ExE）谱系，并进一步形成胎盘的成熟结构。
胎盘的外层包括胎盘外锥（EPC），其中含有不同类型的滋养层巨细胞 (TGC)，如壁层滋养层巨细胞和螺旋动脉 TGC，这些细胞有助于维持胎儿与母体之间的连接。胎盘的内层，即胎盘迷路，是母体与胎儿之间的交换区域，包含合体滋养层细胞和扩大的母体窦（另一种 TGC 细胞类型）。胎儿的血管由胚外中胚层 (ExM) 谱系发育而来，并通过脐带与胎儿连接。这些复杂的结构在胎盘中共同作用，确保胚胎的健康发育和生长。
在胚胎发育早期，胎盘外胚层（ExE）不仅推动胎盘发育，还作为原肠胚形成中的关键信号中心。小鼠胚胎的正确模式化依赖于胚胎和 ExE 的协调发育。ExE 分泌的骨形态发生蛋白 4（BMP4）与胚胎外胚层分泌的 NODAL 之间的相互作用，是原条正确形成和 ExE 发育的关键。BMP4 信号对于后中胚层（包括原始生殖细胞，PGC）的特征化至关重要。然而，ExE 和胚胎谱系之间沿 BMP 轴或其他途径的信号传导串扰仍未完全表征。
由于细胞频率低、解剖结构复杂以及潜在的细胞周期和形态偏差等挑战，胎盘形成早期阶段的时间模型构建一直存在困难，特别是在原肠胚形成这一关键阶段。ExE 与胚胎界面在时间和空间上的动态复杂性进一步增加了分离它们各自信号传导功能的难度。
今年9月18日，魏茨曼科学研究学院的Yonatan Stelzer课题组在Nature杂志上发表题为「Temporal BMP4 effects on mouse embryonic and extraembryonic development」的研究文章，研究者们通过单细胞和单胚胎分辨率技术，描绘并计时了 ExE 细胞状态，模拟 ExE 谱系的动态变化，特别是探索了 BMP4 信号传导在时间和谱系特定的影响。此研究有助于深入了解 ExE 在胚胎发育中的调节作用，并揭示 ExE-胚胎界面的信号传导功能。
早期来自 ExE 的 BMP4 信号对于中胚层的正确分叉，以及尿囊和原始生殖细胞的形成不可或缺。然而，从胚胎发育第 7.5 天开始，胚胎源自的 BMP4 信号通过促进中胚层前体细胞向尿囊方向的分化，限制了原始生殖细胞池的规模。这表明 ExE 和胚胎组织在时间、空间和信号传导的多个轴上紧密联系，因此在体内和体外同时研究和建模这些过程具有重要意义。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07937-5
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