背部及脊椎的形成始于胚胎尾部的祖细胞群体，特别是神经中胚层祖细胞（NMP），它们依赖外胚层发展为神经板及神经管，同时也会向中胚层转化，形成脊索和轴旁中胚层（PXM）。PXM进一步发展成体节，这些体节将分化为生骨节、生皮节和生肌节，最终构成脊椎。神经管、脊索及体节构成了躯干的主要组织，而位于胚胎中线的脊索则是这一过程中至关重要的标志性结构。脊索不仅提供了结构支持，还通过信号分子的调控影响周围组织的发育。

尽管之前已有研究成功培养出模拟原肠胚和体节等结构的类器官，但脊索及其相关组织如神经底板的体外模型构建进展缓慢。直到2024年12月18日，英国Francis Crick Institute团队在《Nature》上发表了题为“Timely TGFβ signalling inhibition induces notochord”的研究论文，首次成功通过WNT和FGF激活后延迟24小时抑制TGFβ/BMP，从而诱导出脊索类器官notoroids。这一模型的建立不仅为脊索细胞和其周围体节及神经组织的形成提供了新思路，还具备了在体外调控神经管及体节发育的能力。

对鸡胚尾部区域进行单细胞RNA测序分析，发现脊椎动物躯干形成中，主要祖细胞群体为NMP和脊索祖细胞。在NMP中，神经细胞标志物SOX2与中胚层标志物TBXT共同表达。脊索祖细胞则以高水平的TBXT、FOXA2、SHH等为特征。这些发现与小鼠和猕猴的数据相一致，进一步证明了脊椎动物躯干发育的保守性。

为了探讨特定信号通路在躯干祖细胞特化中的作用，研究人员建立了SOX2+TBXT+ NMP的体外模型，并通过几何限制法诱导出有序的基因表达及脊索细胞、神经细胞的分区排列。研究结果显示，类神经细胞在克隆中心高表达SOX2，而类中胚层细胞则在克隆边缘位置高表达TBXT。FGF和WNT信号对中胚层的发育和PXM命运均有显著影响，且WNT信号在NMP中的激活同样对中胚层的形成至关重要。WNT与FGF的协同作用也是脊索形成的必要条件。

通过scRNA-seq，研究人员还发现NMP中具有BMP和NODAL抑制剂BAMBI的高表达，脊索细胞中则存在BMP拮抗因子NOG和CHRD。跨物种的转录组比较进一步验证了BMP和NODAL抑制在脊索中的重要性，提示TGFβ/BMP抑制同样对于脊索的发育不可或缺。研究表明，短期TGFβ信号传导的抑制会导致SOX2+TBXT+ NMP的显著减少，而长时间的抑制则会诱导内胚层和侧板中胚层的产生。

综合上述研究，利用人源胚胎干细胞，在添加WNT和FGF共刺激的基础上，经过24小时后给予TGFβ抑制，并且在添加视黄酸前体后继续培养4天，最终成功获得了脊索类器官（notoroids）。这些类器官中细胞表达TBXT，指向脊索身份，与脊索的发育动态相符，提供了一个良好的模型平台，以支持对躯干组织形成与发育的研究。

此外，SHH作为一种形态发生素，其不同浓度对神经元的形成有重要影响。脊索类器官中产生的SHH诱导了神经管向腹部神经元方向的分化，同时也与周围脊索样细胞的存在密切相关。研究进一步表明，新生PXM和脊索共表达BMP拮抗剂NOG和CHRD，从而促进体节的形成与分化，且脊髓类器官的发育过程中显示出与生骨节命运相关的基因表达模式。这进一步证实了脊索类器官对周围组织命运的调控能力。

本研究强调了WNT及FGF信号与BMP和NODAL抑制在产生和维持躯干祖细胞及其后部身份方面的重要性。这些发现为脊椎动物躯干的发育机制提供了全新视角，南宫28NG坚信品牌力量，致力于为科学研究提供先进的技术支持与解决方案。