体节发生在时间上具有节律性，这种节律性被 PSM 中一个呈周期性振荡的分子振荡器所调控

体节发生在时间上具有节律性，这种节律性被 PSM 中一个呈周期性振荡的分子振荡器所调控，即分节时钟（Segmentation Clock）。在每一对体节的形成过程中这个分节时钟都会以固定时间从尾部开始扫过整个PMS，然后在头部位置调控体节的生成。因此，分节时钟在调节体节的周期性形成过程中起到十分重要的作用。在过去的 40 多年中，大量研究表明，分节时钟主要是由Notch，Wnt和成纤维细胞生长因子（FGF）通路的基因构成的，这些基因呈现一种周期性的振荡表达模式并且它们的振荡周期与体节发生的周期是一致的【3】。

虽然，这个振荡器在多种模式生物中得到了很好的描述，但是在人类胚胎发育过程中是否存在着类似的分子时钟一直都是一个未知数。

2020年1月8日，美国哈佛医学院的Olivier Pourquié教授研究团队在Nature上在线发表题为 In vitro characterization of the human segmentation clock 的文章，利用体外培养的人源PSM细胞和小鼠PSM细胞，再现了分节时钟的振荡效应，通过单细胞测序揭示了小鼠和人PSM细胞在体外的发育轨迹及分子振荡特性，指出人PSM细胞的振荡周期是小鼠细胞的两倍，并且高度保守，也受FGF、WNT、Notch和YAP信号的调控，为理解人类发育生物学提供了里程碑式研究成果。

首先，本文的研究人员用激活素A和FGF诱导小鼠胚胎干细胞的外胚层发生，然后在含有WNT激动剂CHIRON99021（Chir）和BMP抑制剂LDN193189（LDN）的培养基（CL培养基）中培养，从而在体外再现小鼠近轴中胚层发育的早期阶段（图2左）。通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，对体外培养的小鼠胚胎（ES）细胞和小鼠体内9.5天的胚胎细胞的转录组进行分析比对，结果表明从小鼠胚胎干细胞中提取的近轴中胚层细胞与其在体内的对应细胞之间存在广泛的转录相似性。进一步地，研究人员在小鼠ES细胞中构建了一个报告系统，将一个不稳定的黄色荧光蛋白变体Achilles敲入Hes7基因的3’端，以实现分节时钟振荡的二维可视化，继而成功地模拟了从体外小鼠ES细胞分化来的PSM细胞的分节时钟，振荡频率为2.5±0.4小时。

接着，类似的体外培养策略被用于模拟人类的分节时钟。研究人员先将人诱导多能干（iPS）细胞在CL培养基中分化，获得神经中胚层祖细胞或前原始条纹（图2右）。通过比较用scRNA-seq分析的14750个分化的人iPS细胞与体内和体外小鼠ES细胞的状态，结果表明，人iPS细胞在体外CL培养基中向PSM命运的分化，再现了与小鼠胚胎相似的发育序列，导致了躯干旁轴中胚层细胞的产生。随后构建的HES7-Achilles iPS细胞报告系统细胞系，成功的证实了一个周期约为5小时的人类分节时钟的存在（图3）。