肢芽的切片，Meis 蛋白以粉色表示。在高倍镜视野下，可以观察到Meis 表达的渐变。 （图片来源：卡洛斯三世国家心血管研究中心）

卡洛斯三世国家心血管研究中心（CNIC）的研究人员发现了一种在器官发育期间为细胞提供位置信息的系统，它会告诉细胞，此器官内需要形成何种解剖结构。这篇发表于《科学进展》（Science Advances）的论文显示，该系统的故障会导致先天性畸形，并可部分解释沙利度胺（thalidomide）的作用，沙利度胺由于能引起胎儿肢体缺陷，被列为妊娠禁用药物。

胚胎发育是自然界中最迷人的过程之一，它从亚里士多德时代开始就激起了科学界的兴趣。数百万细胞的产生源自唯一的祖细胞，细胞的组合又在每个物种身上形成精确的解剖结构，这是自组织系统最不可思议的例子之一。该研究的共同作者Miguel Torres博士说：“了解细胞如何得知它们应该在胚胎的各个部位产生哪些器官和解剖结构是科学界最有意思的挑战之一。”

五十多年前，英国科学家Lewis Wolpert首次提出位置信息理论，假设了一种细胞获取自己在胚胎中的方位信息的机制。“这种系统可以与用在手机上的GPS定位系统类比，GPS系统由外部参照物—卫星信号—编译信号的机制组成，安置在我们每个手机内。在生物系统中，每个细胞的方位信息会触发该部位独一无二的发育方案。”Torres博士继续说道。

CNIC团队和美国国立卫生研究院的同事合作分析了肢体形成的分子基础。他们发现了细胞如何由远及近地获取自己在肢芽或原基（器官发育时的基础形态）中的位置信息。

研究的第一作者Irene Delgado博士说：“我们的工作表明，告诉细胞所在位置的信号是生长因子FGF。”FGF分子完全由肢芽远端、离躯干最远的一小群细胞产生。

细胞接受到的信号强度取决于它们离产生FGF的细胞有多远。换句话说，“细胞离躯干越远，接收到的FGF信号就越强，而离躯干越近，信号就越弱。”Delgado解释道。

转录因子可以通过开关某些基因来调节基因组的功能和细胞行为。细胞中Meis 蛋白的数量可以决定特定的某群基因是否被激活，比如Hox基因。Delgado说：“位置离躯干近的细胞接受发育为肩膀的指令，离躯干较远的细胞则会形成手掌，中间位置的细胞分别形成上臂、肘部和前臂。”

Torres说：“这个系统对肢体的正确形成是不可或缺的。”这项研究描述的机制加深了对海豹肢症（phocomelia）的理解，海豹肢症是一种先天性的缺陷，患者胚胎的四肢只能形成手掌和脚掌。在这项研究中，实验性地消除FGF-Meis信号使所有肢芽细胞都接受了错误的指令，让它们以为自己在躯干的远端，从而导致海豹肢症。

这项发现或许有助于解释沙利度胺的作用机制，这种药由于会导致肢体缺陷而臭名昭著。以往对沙利度胺作用的研究指出，Meis蛋白是受其影响的因素之一。

这项发现为脊椎动物肢体发育中远近部分的产生建立了一种新模型，并为脊椎动物胚胎轴向分化过程中FGF梯度的解释提供了一种分子机制。

翻译：卢大山

审校：巢栩嘉

引进来源：西班牙卡洛斯三世国家心血管研究中心

引进链接：https://phys.org/news/2020-06-essential-limb-formation-embryonic.html

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