·受精卵在最初階段所分裂出的兩個(gè)細(xì)胞對(duì)發(fā)育的作用并不相同，它們分別形成了胎兒以及為胎兒提供營(yíng)養(yǎng)的組織。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于提高體外受精(IVF)的成功率。

　　生命是不對(duì)稱的。雖然人類的五官和四肢看起來(lái)大致對(duì)稱，但器官卻呈非對(duì)稱排列，如：心臟在左、肝臟在右。如果深入到細(xì)胞乃至更小的分子層面，不對(duì)稱性則幾乎是“鐵則”：DNA向右螺旋，蛋白質(zhì)等分子往往呈“手性”(指“一個(gè)物體不能與其鏡像相重合”的對(duì)稱特點(diǎn))。

　　科學(xué)家一直在探索這種不對(duì)稱性的起源以及對(duì)于生命的意義。近日一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，不對(duì)稱性在人類胚胎發(fā)育階段扮演重要的角色。該研究顯示，受精卵在最初階段所分裂出的兩個(gè)細(xì)胞對(duì)發(fā)育的作用并不相同，它們分別形成了胎兒以及為胎兒提供營(yíng)養(yǎng)的組織。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于提高體外受精(IVF)的成功率。

　　該研究于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2024年5月13日發(fā)表于《細(xì)胞》(Cell)雜志上，題目為《最初的兩個(gè)胚泡細(xì)胞對(duì)人類胚胎貢獻(xiàn)不同》(“The first two blastomeres contribute unequally to the human embryo”)，作者是來(lái)自美國(guó)加州理工學(xué)院、美國(guó)南加州大學(xué)、英國(guó)劍橋大學(xué)等機(jī)構(gòu)的Magdalena Zernicka-Goetz、Sergi Junyent、Maciej Meglicki等數(shù)十名科學(xué)家。

　　在這項(xiàng)研究中，研究者們通過(guò)譜系追蹤技術(shù)(lineage tracing)來(lái)標(biāo)記和追蹤早期的胚胎細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)受精卵分裂之初所形成的兩個(gè)細(xì)胞已經(jīng)具有不同的命運(yùn)——其中一個(gè)及其后代會(huì)形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(Inner Cell Mass，ICM)并最終發(fā)育成胎兒，而另一個(gè)則會(huì)形成滋養(yǎng)外胚層(Trophectoderm, TE)，最終發(fā)展成胎盤和一些胚胎外組織。

　　研究使用了一種綠色熒光蛋白來(lái)標(biāo)記受精卵第一次分裂后產(chǎn)生的兩個(gè)胚泡細(xì)胞之一，以追蹤它分裂出的細(xì)胞群。除此之外，研究還采用了一種活體染色技術(shù)來(lái)標(biāo)記細(xì)胞的基因組。圖片來(lái)源：《細(xì)胞》雜志

　　受精卵第一次分裂后，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)胚泡細(xì)胞(blastomere)，這被稱為胚胎的2細(xì)胞階段。隨后，胚泡細(xì)胞會(huì)持續(xù)呈指數(shù)分裂，經(jīng)歷4細(xì)胞、8細(xì)胞、16細(xì)胞等階段，直到胚胎形成包含內(nèi)細(xì)胞團(tuán)和滋養(yǎng)外胚層的囊胚(Blastocyst)結(jié)構(gòu)。

　　以往普遍認(rèn)為，在16細(xì)胞階段以前，哺乳動(dòng)物胚胎中所有細(xì)胞都是相同的，對(duì)囊胚的各個(gè)結(jié)構(gòu)的形成有著均等的貢獻(xiàn)。它們直到發(fā)育后期才開(kāi)始分化，最終由囊胚發(fā)育成外、中、內(nèi)三個(gè)胚層，外胚層最終發(fā)育成機(jī)體的神經(jīng)、皮膚等組織，中胚層發(fā)育成心臟、血液、肌肉和骨骼等組織，內(nèi)胚層則發(fā)育成肺、肝、胰腺和腸等內(nèi)臟器官。

　　但在2001年，本次研究的通訊作者、生育生物學(xué)家Magdalena Zernicka-Goetz與她的合作者發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎中的前兩個(gè)細(xì)胞是不同的。兩個(gè)細(xì)胞中的一個(gè)分裂成主要構(gòu)成小鼠胎兒大部分的后代細(xì)胞，而另一個(gè)細(xì)胞的后代主要形成為早期胚胎提供營(yíng)養(yǎng)的卵黃囊(Yolk sac)。

　　為了探究在人類中是否也如此，本次研究中，在患者同意的情況下，Zernicka-Goetz和她的團(tuán)隊(duì)從一個(gè)體外受精診所中獲得了54個(gè)尚未完全完成第一次分裂的受精卵。研究人員讓受精卵在實(shí)驗(yàn)室中分裂，并用一種熒光蛋白標(biāo)記其中一個(gè)產(chǎn)生的胚泡細(xì)胞。這使他們能夠追蹤發(fā)育中的每個(gè)胚泡細(xì)胞的后代。

　　研究人員將胚胎培養(yǎng)四到五天，直到它們開(kāi)始形成不同的結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，形成胎兒的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中的大多數(shù)細(xì)胞起源于2細(xì)胞階段中的一個(gè)特定胚泡細(xì)胞，這個(gè)細(xì)胞比另一個(gè)要更快分裂。在8至16細(xì)胞階段的過(guò)渡期間，這個(gè)更快分裂的胚泡細(xì)胞的后代中有少數(shù)發(fā)生“內(nèi)化”，從胚胎表面遷移到內(nèi)部，最終形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)。

　　通過(guò)計(jì)算，研究者們發(fā)現(xiàn)在形成的囊胚中，在內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中占主導(dǎo)地位的細(xì)胞群平均貢獻(xiàn)了71.25%，也就是說(shuō)，最初的兩個(gè)細(xì)胞之一所分裂出的后代中的大部分形成了這個(gè)胚胎結(jié)構(gòu)。而滋養(yǎng)外胚層中占主導(dǎo)地位的細(xì)胞群平均貢獻(xiàn)了外胚層62.86%的細(xì)胞。

　　研究者們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)統(tǒng)計(jì)模型，在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè)了胚胎發(fā)育中的細(xì)胞分布，其結(jié)果與觀測(cè)到的分布基本一致。

　　目前尚不清楚是什么導(dǎo)致受精卵在發(fā)育初期的這種不對(duì)稱分裂。研究者們考察了胚胎質(zhì)量(如大小)和基因組，但發(fā)現(xiàn)它們不是導(dǎo)致這種不對(duì)稱的主要因素。在該團(tuán)隊(duì)之前的小鼠研究中，精子進(jìn)入卵子的位置影響了受精卵隨后的分裂方式，但這點(diǎn)無(wú)法在本次的研究中驗(yàn)證。

　　除了揭示不對(duì)稱性在胚胎發(fā)育過(guò)程中的作用之外，該研究成果或能幫助提升體外受精技術(shù)的成功率。Zernicka-Goetz在接受《自然》雜志(Nature)采訪時(shí)表示，知道哪些細(xì)胞更有可能形成胎兒，可以讓IVF診所更好地篩選胚胎，以找到最有可能成功妊娠的胚胎。

　　她還說(shuō)，很難預(yù)測(cè)這種早期不對(duì)稱將如何影響后來(lái)的人體發(fā)育，但影響可能非常持久。（記者 季敬杰）