【东南大学●医学】东南大学第一单位《cell》：百年来重大突破！破译心脏发育密码

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先天性心脏病是新生儿最常见的出生缺陷类型。我国科学家最新研究发现，哺乳动物胚胎发育早期存在一个器官原基决定区，为先天性心脏病等出生缺陷防治与再生医学研究提供了关键理论基础。6月18日，国际学术期刊《细胞》在线发表了这一研究成果。哺乳动物早期胚胎的细胞团决定着心脏、肺、肝脏等器官的形成，其发育机制是生命科学领域的重点研究方向。为探究器官发育异常的深层原因，国家重点研发计划项目首席科学家、东南大学生命科学与技术学院教授林承棋带领研究团队对小鼠胚胎进行单细胞空间组学分析，以捕捉器官形成的动态过程。东南大学研究团队建构的小鼠三维数字胚胎。（受访者供图） “空间组学分析好比是给每个细胞装上GPS定位，记录下空间位置信息和基因表达的特征。”林承棋介绍，这项研究前后历时6年，建构了多个覆盖小鼠原肠运动后期至心脏等器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎，累计解析超十万个细胞的基因表达信息。研究发现，小鼠胚胎发育到7.75天时，胚内-胚外交界处出现一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区（PDZ）。此时该区域紧邻的胚内、胚外部分分别呈高浓度的信号抑制分子和激活性配体分子，但区域内呈现低信号活性“洼地”，表达多种受体信号基因，由此形成易于接收多胚层信号调控输入、驱动心脏与前肠等器官原基协同发育的微环境。微环境信号被转化为基因选择性表达指令后，驱动心脏等器官原基形成。 “PDZ区域的发现证实了在胚胎器官发育的关键窗口期，遗传因素或环境因素对PDZ微环境的干扰可能导致器官原基形成异常。”发育与疾病相关基因教育部重点实验室教授罗卓娟指出，这项研究首次在单细胞精度揭示了器官原基形成的时空动态，为先天性心脏病等出生缺陷及相关疾病防治提供了更精准的科学依据，同时也为学界理解器官再生、肿瘤发生等重大科学问题提供了全新方法论。（记者柯高阳）

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林承棋
1998至2003年，东南大学，临床医学，学士
2003至2006年，东南大学，遗传学，硕士
2006至2008年，新加坡国立大学，研究助理
2008至2013年，Stowers Institute for Medical Research，分子与细胞生物学，博士
2013起，东南大学，生命科学院研究院，教授 [1]

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科技日报南京6月18日电（记者金凤通讯员吴涵玉）在生命起源的奥秘中，胚胎发育始终是深受关注的谜题之一。东南大学教授林承棋、罗卓娟、谢芃领衔多家科研机构在全球首次构建单细胞精度三维数字胚胎，并在其中发现中内胚层器官的原基决定区，“破译”心脏发育密码。这一发现不仅填补了哺乳动物心脏早期发育机制的理论空白，也为先天性心脏病防治及再生医学发展提供关键理论基础。相关研究成果18日发表在国际学术期刊《细胞》上。

“早期胚胎的细胞团里，藏着心脏、肺、肝脏等器官形成的关键细胞。”论文共同通讯作者林承棋介绍，哺乳类动物的胚胎经过原肠运动后，形成外、中、内3个胚层。经过生物体内复杂的信号通路调控，三胚层进一步形成各种器官原基，即器官的雏形。

长期以来，胚胎中胚层和内胚层器官原基的精确定位及形成机制一直是困扰学界百年的“世纪难题”。

此次研究中，科研团队在全球首次构建了从小鼠原肠运动后期到心脏等器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎，试图了解器官特别是心脏的发育过程。

“我们建构了6个单细胞数字胚胎，每个胚胎细分为60个切片，累计解析数十万个细胞的基因表达信息。”论文的共同第一作者谢芃介绍，为捕捉器官形成的动态过程，团队在器官原基形成关键时期，对小鼠胚胎进行单细胞空间组学分析，如同给每个细胞装上“GPS定位”，记录其基因表达特征与空间位置。

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研究发现，在小鼠胚胎发育到7.75天时，胚内、胚外层交界处出现一个独特的信号“洼地”——器官原基决定区（PDZ）。

“PDZ处于胚内层高浓度信号抑制分子与胚外层激活性配体分子的交界处，这里的信号活性偏低，但可以表达多种受体信号基因，容易接收多胚层信号的调控输入，驱动心脏等器官原基协同发育的微环境。”林承棋说，此次研究首次揭示了PDZ可以通过整合无翅型相关整合位点、成纤维细胞生长因子、骨形态发生蛋白等通路，将微环境信号转化为基因选择性表达指令，驱动器官原基形成。

当前，我国出生缺陷发病率约5.6%，其中先天性心脏病是最为常见的出生缺陷类型。“PDZ的发现，为追溯心脏发育异常的起源提供了‘时空坐标’——在胚胎器官发育的关键窗口期，遗传因素或环境因素对PDZ的干扰，可能导致器官原基形成异常。”论文共同通讯作者罗卓娟表示，通过数字胚胎技术，科学家能精准定位决定中内胚层器官命运的细胞群，进而研究基因突变或环境因素如何影响这一过程。

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[size=0.24]百年来重大突破！东大团队全球首创单细胞数字胚胎，破译心脏发育密码
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2025-06-19 10:14

[size=0.19]交汇点讯在生命起源的奥秘中，胚胎发育始终是深受关注的谜题之一。1924年，科学家通过两栖类胚胎实验发现外胚层器官原基与体轴形成的“组织中心”并获1935年诺贝尔奖，但中胚层和内胚层器官原基的精确定位及形成机制却成了困扰学界百年的“世纪难题”。如今，这一僵局被中国科学家打破。

[size=0.19]6月18日，东南大学林承棋、罗卓娟、谢芃团队以《小鼠早期器官发生期完整胚胎数字重建》（digital reconstruction of full embryos during early mouse organogenesis）为题，在国际顶级期刊《cell》在线发表研究成果，首次构建覆盖小鼠原肠运动后期至心脏等器官原基形成期的单细胞精度三维数字胚胎，在胚内-胚外界面发现中内胚层器官原基决定区（primordium determination zone, pdz），揭示心脏、前肠等器官原基发育的独特信号微环境。这项突破不仅填补了哺乳动物心脏早期发育理论空白，更为先天性心脏病等出生缺陷防治与再生医学研究提供关键理论基础。

[size=0.19]图为东南大学研究团队建构的小鼠三维数字胚胎

[size=0.19]十万细胞构建“数字生命图谱”

[size=0.19]“就像在混沌初开的细胞团中找到命运罗盘。”项目主要负责人、生命科学与技术学院教授林承棋在采访中比喻道，早期胚胎看似简单的细胞团里，藏着决定心脏、肺、肝脏等器官形成的“关键细胞”。而pdz区域就像一个精密的“信号处理器”，在胚内高浓度信号抑制分子与胚外激活性配体分子的交界处，形成低信号活性“洼地”，通过整合wnt、bmp与fgf等通路，将微环境信号转化为基因选择性表达指令，驱动器官原基形成。

[size=0.19]这项突破的背后，是一支跨学科团队近六年的持续攻坚。“我们建构了6个单细胞数字胚胎，每个胚胎细分为60个切片，累计解析数十万个细胞的基因表达信息。这项工作的难度远超想象，初期可用的生物信息学工具十分有限，为了追求更高精度，我们只能边做边开发。”论文第一作者、生物科学与医学工程学院教授谢芃介绍。为捕捉器官形成的动态过程，团队在器官原基形成关键时期，对小鼠胚胎进行单细胞空间组学分析，如同给每个细胞装上“gps定位”，记录其基因表达特征与空间位置。

[size=0.19]破局世纪难题：解锁生命早期的发育密码

[size=0.19]“这项研究的意义远不止于基础科学突破。”论文共同通讯作者、生命科学与技术学院教授罗卓娟指出，我国出生缺陷发病率高达5.6%，其中先天性心脏病是最为常见的出生缺陷类型。而pdz区域的发现，为追溯心脏发育异常的起源提供了“时空坐标”——在胚胎器官发育的关键窗口期，遗传因素或环境因素对pdz微环境的干扰，可能导致器官原基形成异常。

[size=0.19]“就像找到了器官发育的‘隐秘钥匙’。”罗卓娟解释，通过数字胚胎技术，科学家能精准定位决定中内胚层器官命运的细胞群，进而研究基因突变或环境因素如何影响这一过程。

[size=0.19]更深远的影响在于对胚胎发育生物学的整体推动。“a first of a kind（史无前例）”业内专家如是评价，强调研究的原创性与突破性，认为其填补了领域内的关键空白。就像1924年外胚层组织中心的发现推动神经发育研究一样，pdz的发现将开启中内胚层器官发育研究的新纪元——这项工作首次在单细胞精度揭示器官原基形成的时空动态，为理解器官再生、肿瘤发生等重大科学问题提供了全新方法论。

[size=0.19]图为单细胞数字胚胎技术破译早期心脏发生密码

[size=0.19]创新背后的“中国智慧”：跨学科融合的科研范式

[size=0.19]这项研究的创新性不仅体现在科学发现本身，更在于在多学科交叉的科研范式中汇智聚力——生物学家、计算机科学家、医学专家打通研究各环节，从顶层构想、资源调配，到研究方案设计实施、关键数据分析及论文撰写，全链协同攻关，最终推动研究取得突破性进展。

[size=0.19]“学校为我们提供了宽松的科研环境，为研究奠定了良好基础。”作为项目总设计人，林承棋特别指出，东南大学在跨学科交叉合作方面的大力支持，是成果产出的关键保障。

[size=0.19]项目研究团队与多家科研机构紧密协作，包括香港中文大学（深圳）的刘瑾教授团队，开展了深入的跨学科合作。林承棋笑言：“每天晚上开会讨论数据，成了团队的常态。”这种高强度的科研攻关持续了近六年。最终，团队不仅取得了构建“数字胚胎”的技术突破，更建立了一套涵盖“基础理论-算法工具-研究模型”的完整研究体系。

[size=0.19]随着单细胞数字胚胎技术的正式亮相，这项东南大学科研团队领衔的原创成果正引发全球关注。“我们希望通过平台共享，让更多同行利用这些数据和工具，共同探索生命的奥秘。”林承棋表示，团队下一步将聚焦pdz区域信号网络的精细调控机制，探索器官发育异常的深层原因，为出生缺陷及相关人类疾病防治提供更精准的科学依据。

[size=0.19]从1924年到2025年，历时一百多年，人类终于从细胞层面破译了心脏发育的“最初密码”。这项诞生于中国实验室的成果，不仅标志着我国在胚胎发育研究领域跻身世界前列，更是彰显了高校以基础研究服务人民、助力国家发展的初心与担当。

[size=0.19]新华日报·交汇点记者谢诗涵

[size=0.19]通讯员吴涵玉

[size=0.19]上观号作者：交汇点

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（2025年3月更新）

东南大学医学院坐落于我国历史文化名城南京，地处高校群集的市中心，秀丽的玄武湖畔，处闹市而不喧嚣，是读书治学的上佳之地。医学院前身为创建于1935年的国立中央大学医学院，历经南京大学医学院、中国人民JFJ华东军区军医学院、第三军医学院、第五军医大学、南京铁道医学院等重要历史时期，戚寿南、蔡翘、郑集、林几、潘铭紫、胡懋廉、姜泗长、阴毓璋、张涤生、张致一、王士雯、孙曼霁、何凤生、牟善初、丁德泮、蔡锡类、王世浚、綦建业、闫林肯、周性明、陈达光、史焕瑶、冷永成等多名国内外著名医学大家曾在这里执教或求学，人文底蕴深厚。在近90年的办学历史中，学院坚持立德树人，已培养了数以万计的医生、医学教育工作者和医院管理者，其中不少人成长为医学科学家、教育家、杰出医生及各行各业的领军人才，中国科学院院士贺林、杨焕明、樊嘉、滕皋军及美国发明家科学院院士、哈佛大学李嘉强、陈昌义、姚奇志教授等是我院改革开放以后培养出来的杰出毕业生代表。

数十年风雨沧桑，几代人砥砺前行。作为中央直管、国家“985”和“双一流”A类重点建设的综合性大学医学院，在学校“强势工科、优势理科、精品文科、特色医科、加强交叉、提升新兴”发展战略指引下，秉持“学术至上、生为首位、师为根基”理念，充分发挥综合性大学优势，依托国家医学攻关产教融合平台和数字医学国家重点实验室等国家级平台，以“博学博爱、精业精诚”为院训，形成了优良独特的医学人才培养传统，是教育部首批卓越医生拔尖创新医学人才培养模式改革试点单位。学院招生专业包括临床医学类、临床医学（5+3一体化）、医学影像学+人工智能双学士学位、临床检验技术+生物医学工程双学士学位，目前已形成本、硕、博和博士后贯通的人才培养体系，所有专业均为国家级一流本科专业建设点。现有基础医学、临床医学和临床医学专业学位等3个一级学科博士点和2个博士后流动站，5个一级学科硕士点，2个一级学科专业学位硕士授权点。以构建面向未来的医学人才培养体系为使命，运用人工智能（AI）推动人才培养范式改革，着力增强学生的数智思维、计算思维、设计思维、交叉思维，培养学生的健全人格、健魄体格、健康心理，引导学生成为胜任国家创新发展需求的医学拔尖创新人才，科学构建支撑学生“四力”培养的通专融合、科教融汇、交叉融通、本研融贯的高水平医学人才培养体系。

以病例为中心的研讨型课程贯穿教学始终，着重训练学生自主学习能力、逻辑思维能力、语言表达能力和决策领导能力，同时促进良好医德医风养成。依托国内领先的基础医学实验教学示范中心和临床技能培训中心（模拟医院），积极开展学生实践能力的训练。东南大学附属中大医院是国内首批三级甲等医院和首批国家临床教学培训示范中心，重症医学、影像与介入医学分别入选国家卫健委质量控制中心，重症医学、影像与介入医学、肾脏病学、心血管病学、妇产科学等5个学科入选国家临床重点专科，中西医结合临床康复技术获批国家中医药管理局中西医结合重点学科，介入医学获批教育部医药基础创新研究中心，3个学科入选江苏省创新中心，10个学科入选医学重点学科（实验室），2个学科入选江苏省临床研究中心，29个学科入选省级临床重点专科。另外，学院在东部战区总医院、南京鼓楼医院、南京市第一人民医院、徐州市中心医院等十余家国内著名三级甲等医院建立了临床教学基地，为学生提供了优良的临床训练和实习条件。

学院师资力量雄厚，现有学术型博士生导师137名，临床型博士生导师83名，硕士生导师367名。导师队伍中有中国科学院院士等国家级高端人才30多人，大多数导师有海外留学背景，科研经费充足，每年承担近亿元国家及省部级科研项目。依托医学与生命科学部所建立的大型综合性科学研究平台，为基础与临床、医学与工程交叉融合创新研究提供了有力支撑。近年来，先后获得多项国家科技进步二等奖、教育部自然科学一等奖、教育部科技进步一等奖、江苏省科技进步一等奖及中华医学科技一等奖、国家级教学成果二等奖和江苏省教学成果一等奖等重要奖项。

学院高度重视国际合作办学，先后与美国、德国、瑞典、加拿大、英国、澳大利亚、新加坡等多家国际著名医学机构和大学建立了稳定的教学、科研合作关系，来自40多个国家的留学生形成了浓烈的国际化学习氛围，留学生占比达15%以上，名列校内各院系前列。学院为本科和研究生提供包括暑期见习、国际学术会议、短期访学、研究生联合培养等多种形式的国际交流，显著拓宽了学生的国际化视野。

优质的教育资源显著提升了学生培养质量。近年来，我院学生先后获得中国国际大学生创新大赛全国赛金奖、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛金奖、“挑战杯”课外学术科技作品竞赛主赛道全国特等奖、大学生基础医学创新研究暨实验设计大赛全国总决赛金银铜等多项荣誉。在全国130多所医学院毕业生参加的国家医师资格考试中，东南大学医学院毕业生通过率一直名列前茅；在多次全国医学院校大学生临床技能竞赛中，我校学生代表队均取得优异成绩，先后获得华东区特等奖、一等奖和全国二等奖等。

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► E S I全球排名前 1% 8个临床医学、生物学与生物化学、药理学与毒理学、

神经科学与行为科学、分子生物学与遗传学、环境与生态学、免疫学、精神病学/心理学

►江苏省优势学科1个临床医学

►学位点：

一级学科博士点 3个基础医学、临床医学、临床医学（专业学位）

一级学科硕士点 5个基础医学、临床医学、临床医学（专业学位）、护理学、护理（专业学位）

博士后流动站 2个临床医学、基础医学

►国家级科研平台3个

▪国家医学攻关产教融合创新平台(医工结合方向)-介入医学工程

▪数字医学国家重点实验室（共建）

▪国家重大新药创制GCP平台

►国家质控中心2个国家重症医学质量控制中心、国家综合介入技术质控中心

►国家临床重点专科5个重症医学、介入与影像医学、肾脏病学、心血管病学、妇产科学

►国家中医药管理局中西医结合重点学科中西医结合临床康复技术

►省部级科研平台 6个

▪重大疾病智慧诊疗学科创新引智基地（111引智基地）

▪教育部医药基础创新研究中心

▪发育与疾病相关基因教育部重点实验室

▪智能影像与介入医学国家级重点实验室培育建设点（东南大学）

▪江苏省重症医学重点实验室

▪江苏省脑科学与脑医学高校重点实验室

►江苏省临床研究中心3个医学影像与介入放射中心、肾脏病临床研究中心、神经内科临床研究中心

►江苏省医学创新中心3个重症医学、影像医学与介入治疗、肾脏病学

►江苏省医学重点学科 6个

►国家级一流本科专业建设点 3个医学影像学、临床医学、医学检验技术

►国家临床教学培训示范中心 1个

►国家大学生校外实践教育基地 1个

►江苏省基础医学实验教学示范中心 1个

►江苏省临床技能培训示范中心 1 个

►直属附属医院 东南大学附属中大医院、东南大学附属两江医院、东南大学附属徐州市中心医院

►临床教学基地 中国人民JFJ东部战区总医院、南京鼓楼医院、南京市第一医院、江阴市人民医院、扬州大学附属医院、苏北人民医院、南通市第一人民医院、盐城市第三人民医院、新疆维吾尔自治区人民医院、西藏自治区人民医院

►留学生教学基地 东南大学附属中大医院、南京医科大学第二附属医院、南京市第一医院、南京明基医院、南京鼓楼医院、苏北人民医院、南通市第一人民医院

►国家级一流本科课程介入放射学、传统文化与中医养生、病理与健康、基于影像技术的肝癌诊断与介入治疗虚拟仿真实验、病理学、病理形态实验学、介入与微创治疗学，介入与微创治疗学实习、放射诊断学-Ⅰ，放射诊断学-Ⅰ实习

►国家级和省级课程思政示范课程重症医学

►国家级教学成果二等奖“面向数智时代的卓越影像医师培养模式创新与实践”，居胜红等，2022年

►江苏省教学成果一等奖“一核四维全保障”——德医双修卓越影像医师培养的探索与实践”，居胜红等，2021年

►江苏省研究生教育改革成果一等奖“德医双馨，日新又新，卓越影像医师培养模式的创新与实践”，居胜红等，2020年

►江苏省教学成果二等奖“以学生为中心、综合素质为核心、卓越医生为目标”的医学教育改革，王立新等，2017年

►国家级教学成果二等奖“以提升职业能力为核心的医学影像学人才培养研究与实践”，滕皋军等，2014年

►江苏省教学成果一等奖“以提升职业能力为核心的医学影像学人才培养研究与实践”，滕皋军等，2013年

►江苏省教学成果二等奖“综合性大学医学生临床能力“四位一体”培养模式的创新与实践”，滕皋军等，2011年

►国家科技进步奖二等奖“新型消化道支架的研发与应用”，滕皋军等，2011年

►国家科技进步奖二等奖“基于磁共振成像的多模态分子影像与功能影像的研究与应用”，滕皋军等，2016年

►江苏省科学技术奖一等奖

▪ARDS精准化诊疗体系的建立与同质化平台推广，邱海波等，2021年

▪放射性粒子介入新技术创新及应用，滕皋军等，2022年

▪重大慢性肝病筛诊关键技术的创建与推广，祁小龙等，2024年

▪通过基因治疗恢复耳聋患者听觉功能，柴人杰等，2024年

►江苏省科学技术奖二等奖

▪非编码RNA的表观遗传调控在前列腺癌中的作用机制，陈明等，2022年

▪恶性肿瘤的多手段诊治新策略及其临床应用，陈宝安等，2022年

►江苏省科学技术奖三等奖

▪肾脏纤维化新机制发现及其转化研究，刘必成等，2024年

▪白血病治疗新靶点和新方法的发现及应用，葛峥等，2024年

学在东大 · 发表于昨天 14:29

东南大学举行2025年研究生毕业典礼暨学位授予仪式
校友代表、“全国五一劳动奖章”“全国先进工作者”获得者、无锡人民医院重症医学科主任、医学院2000级硕士生许红阳，作为深耕急危重症诊疗20余载的医者，他感谢东大的持续培养，希望毕业生们以至诚立身，在科研和工作中永葆赤诚之心；以至精立业，以工匠精神追求卓越；以至善致远，用专业所长服务社会。

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