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人類胚胎早期發育的黑匣子 正在緩緩打開？

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人類胚胎早期發育的黑匣子 正在緩緩打開？



人的生命起源于早期胚胎，但人類胚胎著床后發育是怎樣進行的？胎兒形成即原腸前人胚胎和多能干細胞的發育過程有沒有圖跡可循？科學家們一直在為這些生命難題找尋答案 。
國際頂級期刊《自然》日前以長文形式在線發表了昆明理工大學靈長類轉化醫學研究院的李天晴教授和季維智院士等與云南省第一人民醫院合作完成的一項研究成果，他們首次建立人胚胎三維培養系統，首次系統揭示了原腸前人胚胎和多能干細胞的發育過程 。 他們所繪制的分子和形態發育全景圖，填補了相關領域的空白，為研究胚胎著床后早期發育建立了重要的研究基礎 。
從受精卵著床到第14天原腸胚形成前 人類胚胎發育仍是神秘“黑匣子”
人類受精卵的發育，始于一系列卵裂和形態發生重排，形成囊胚 。 晚期囊胚包含三個不同的細胞譜系，即上胚層細胞及內胚層細胞和滋養外胚層兩個胚外組織 。 在進入子宮后，上胚層細胞產生三胚層細胞以及整個胎兒，而后兩者分別產生卵黃囊和胎盤 。 對囊胚前胚胎的發育，科學家們已經開展廣泛的研究，取得了一定進展 。
然而，在發育的第7天，人胚胎需植入母親的子宮中才能繼續存活和發育 。 這個階段胚胎在宮體發育時三維時空上受到復雜而精細的調控，受限于倫理和研究技術的限制，研究材料無法獲得，同時又缺乏相應的體外研究體系，從受精卵著床到第14天的原腸胚形成前，胚胎的發育長期以來是一個神秘的“黑匣子” 。
“原腸開始形成以后，神經系統開始形成，逐漸形成胎兒，就不是胚胎了 。 早期胚胎在子宮內究竟發生了什么樣的變化？什么樣的分子機制可以調控和維持它的正常發育？哪些因素又可以影響它的正常發育？這些都是需要解決的問題 。 ”李天晴告訴科技日報采訪人員，其實人懷孕的前2至3周，是保證胎兒發育的核心關鍵期 。
其中囊胚的產生，約在第5至6天時間內，形成了生命的第一次譜系分化；第二個階段實際上就是開始著床的階段，這是決定胚胎能不能往下發育的核心關鍵過程，如果著床后胚胎發育營養跟上、發育正常，就可以順利長成一個胎兒；第三個階段就是原腸的形成，如果三胚層出現問題了，那么胎兒發育肯定會出現先天性發育缺陷，很多情況下會形成神經管發育不全、腦癱、脊柱發育不全等疾病 。 第一個階段當前研究比較多，對第三個階段，由于存在較大的倫理問題，目前還無法開展相關研究 。
因此，原腸前著床階段的研究，對人胚胎發育關鍵事件的理解，以及對人類干細胞、組織器官再生研究和應用，同時對不孕癥、早期發育疾病的預防與治療極為關鍵 。
繪制分子和形態發育全景圖 對早期胚胎發育的認知有望突破
“實際上，我們的研究，就是把人原腸前胚胎關鍵發育的分子機制，以及它的形態學發育過程畫出一個完整的圖，反映這個過程產生了什么樣的變化 。 也就是說，我們的研究有望打開人類胚胎最初階段的‘黑匣子’，有望對生命的認知獲得突破 。 ”李天晴說 。
研究組首次將人囊胚在三維（3D）條件下培養到第14天的原條階段，但未出現早期神經系統的發育，符合胚胎研究的國際倫理準則 。 研究取得的突破，主要是揭示了上胚層細胞、下胚層細胞和滋養層細胞譜系分化和發育的動態及分子調控網絡；其次，研究發現羊膜上皮細胞是上胚層細胞分離出來的第一類細胞系，不同于嚙齒類動物，人羊膜上皮細胞發生于原條形成之前，但其特性和分子機制還不清楚 。 研究組發現，與上胚層細胞相比，羊膜上皮細胞顯著地下調多能性基因，其形成與基底膜的缺失顯著相關，并有獨特的分子表達譜 。 他們還首次闡明細胞滋養層、絨毛外細胞滋養層和合胞體滋養細胞在胚胎著床后的分化以及引起分化的信號和轉錄因子，揭示了絨毛外細胞滋養層在早期胚胎中不同于中、后期胎盤的功能 。

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