脊椎动物胚胎轴体的形成始于胚胎尾部的祖细胞群。神经中胚层祖细胞（NMP）在其中发挥着重要作用，这些细胞能够向外胚层分化为神经板及神经管，同时向中胚层发育为脊索和轴旁中胚层（PXM）。之后，PXM会进一步分化为体节（somite），而体节又会分化成生骨节、生皮节和生肌节，最终演变为脊椎。神经管、脊索和体节构成了躯干组织的主要部分，尤其是位于胚胎中线的脊索，不仅是轴体形成的标志性结构，还为发育中的胚胎提供了结构支持，并通过分泌信号分子调控周围组织的发育。

尽管之前已有研究使用干细胞开发出模拟原肠胚和体节等结构及功能的类器官，但构建脊索及其依赖的组织（例如神经底板）的体外模型一直没有成功。直到2024年12月18日，英国Francis Crick Institute团队在《Nature》期刊上发表了题为“Timely TGFβ signalling inhibition induces notochord”的研究论文，首次通过WNT和FGF激活，以及延迟24小时后的TGFβ/BMP抑制，成功诱导了脊索类器官notoroids的建立。这一方法能够稳定构建由体节和神经周围组织包覆的脊索细胞，且产生的脊索类器官能有效调控神经管及体节的发育。

在鸡胚尾部区域进行的单细胞RNA测序（scRNA-seq）聚类分析显示，从4体节到13体节的发育阶段，主要负责脊椎动物躯干形成的祖细胞群体是NMP和脊索祖细胞。NMP表现出神经细胞标志物SOX2与中胚层标志物TBXT的共表达，而脊索祖细胞则高水平表达TBXT、FOXA2、SHH等特征。以上结果在鸡胚、小鼠和猕猴中均显示出相似性，这证明了脊椎动物躯干发育的保守性。

为了检验特定信号通路在躯干祖细胞特化中的功能，研究人员建立了SOX2+TBXT+NMP的躯干祖细胞体外模型，并通过几何限制诱导了有序的基因表达，以及脊索细胞和神经细胞的空间排列。结果显示，SOX2高水平表达的类神经细胞位于克隆中心，而TBXT高水平表达的类中胚层细胞则位于克隆的边缘。

已有研究证明FGF和WNT信号可以诱导中胚层的发展及PXM的命运。在这项研究中，FGF通路下游的pERK1/2激活了克隆边缘TBXT标记的中胚层的发展，但对克隆中心SOX2标记的神经细胞影响较小，内源性FGF信号不足以驱动PXM的形成。WNT则通过激活TBXT在NMP中诱导中胚层的形成。

有趣的是，WNT与FGF协同促进pERK1/2表达和脊索形成，而TBXT的表达也依赖于FGF信号通路。总之，WNT与FGF之间的密切关系，对于脊索的形成是不可或缺的。

通过scRNA-seq分析，研究者发现NMP中高表达BMP和NODAL的抑制因子BAMBI。脊索细胞也表达BMP拮抗因子NOG和CHRD。跨物种转录组比较进一步揭示了BMP和NODAL在脊索中的广泛抑制。这可能提示，TGFβ/BMP抑制在脊索发育中同样必不可少。

研究人员进一步探讨了不同TGFβ/BMP抑制介入时机对细胞命运的影响。瞬时TGFβ信号传导（在施加WNT和FGF后24小时内进行抑制）会显著减少SOX2+TBXT+NMP的数量，让细胞多向转变为TBXT+FOXA2+脊索细胞；而延长的信号传导（在48小时后抑制）则会诱导内胚层和侧板中胚层的产生。

综合上述结果，本研究使用人胚干细胞，借助WNT和FGF的共同刺激，在24小时后施加TGFβ抑制，随后在视黄酸前体的条件下继续培养4天，最终成功构建出脊索类器官（notoroids）。该模型的内部细胞表达TBXT，指向脊索身份，而外层细胞则表现为SOX2+TBXT-，形态类似于神经上皮。这些脊索类器官能够模拟胚胎尾部神经形成的阶段，为躯干组织的形成及发育研究提供了理想的平台。

信号通路研究显示，WNT及FGF的刺激以及BMP和NODAL的抑制对于形成和维持躯干祖细胞及后部身份至关重要。实际上，WNT和FGF信号的诱导促进了内源性NODAL和BMP的持续产生，从而推动了内胚层和侧中胚层的分化。这一发现为理解脊椎动物躯干发育机制提供了全新视角，同时也为进一步的生物医疗研究提供了支持。此外，利用尊龙凯时提供的多种经过类器官培养验证的细胞因子可以让您的类器官培养变得更加可控和高效。