人类早期胚胎发育奥秘有新发现

8月8日，同济大学附属同济医院召开新闻发布会，报告该院干细胞临床转化医学研究中心主任孙毅教授团队成员薛志刚博士为第一作者和共同通讯作者的一项研究，在国际上首次对人及其他哺乳动物胚胎着床前发育的转录调控网络进行了系统分析，阐明了胚胎早期发育过程中的重要问题。相关论文已于今年7月29日在线发表在国际学术刊物《自然》杂志上。

哺乳动物胚胎发育起始于卵子和精子的融合。经历迁移、基因组和表观遗传时空表达调控以及受精卵/胚胎基因组活化等过程形成桑椹胚，进而形成囊胚，植入子宫壁并进一步发育成胚胎。长期以来，对早期胚胎的转录组研究受到样本细胞数少、无法定量分析的制约，因此对哺乳动物特别是人类的早期胚胎发育基因调控知之甚少。

此次科研人员利用单细胞表达谱研究技术，突破了样本量少的瓶颈，对人胚胎早期发育各阶段全基因组rna转录谱进行了系统分析，发现在胚胎发育早期各阶段中存在着父亲或母亲来源的单等位基因表达差异。同时运用加权基因共表达网络分析显示，胚胎早期发育各阶段中的细胞周期、基因调控、蛋白质翻译以及代谢通路的转录变化，以分步进行的方式按顺序发生，并且发现了驱动胚胎早期发育各阶段的关键候选基因。该研究明确了早期发育调控机制在物种间保守存在，仅在发育特异性和时序上有所差异，证明了哺乳动物早期胚胎发育进化上的共性。

在研究中，科研人员还系统分析了哺乳动物早期胚胎全能细胞的增殖、分化过程，得到了细胞分裂各阶段的分子标记，这将有利于规范细胞全能性评判、干细胞鉴定、纯化及移植，特别使一些如神经系统损伤与退变、肿瘤等难治性重大疾病的干细胞治疗成为可能。

专家认为，该研究成果将为人类辅助生殖技术带来福音，研究中发现的人类胚胎早期发育各阶段的关键候选基因，将有助于改善人类辅助生殖技术和提高人口出生质量。

南京医科大学第一附属医院临床生殖中心刘嘉茵教授课题组和加州大学洛杉矶分校的范国平教授课题组也参与了该研究。

灵长类动物胚胎如何发育？科学家们有了新发现

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胚胎的早期发育过程，能够回答我们生命诞生之初的奥秘。然而由于种种技术与伦理上的局限，目前我们对这一过程的了解还并不多。今日，顶尖学术期刊《科学》在线发表的一篇论文，为我们带来了新的洞见。这一研究来自于昆明理工大学灵长类转化医学研究院，云南中科灵长类生物医学重点实验室谭韬教授、牛昱宇教授、季维智教授、以及Salk研究所Juan Carlos Izpisúa Belmonte教授的合作。
在论文中，科学家们指出从围着床期到原肠胚形成期，哺乳动物的胚胎会发生一系列细胞和分子层面上的转化。然而，我们对于这些转化的了解并不多，这很大程度上是受限于缺乏合适的研究体系。
近年来，一些体外培养系统的诞生，让我们逐渐有了研究早期胚胎发育的能力。然而，这些系统往往不能支持胚胎的长期培养。培养超过12天后，它们就会逐渐“散架”。
▲这套系统最多能在体外将胚胎培育到20天
为了更好地研究早期胚胎发育，这些科学家们改进了这套体外培养系统。在优化了培养条件后，他们成功突破了食蟹猴的体外培育纪录，提高到了20天。而且，这些培育的胚胎能经历包括“细胞谱系分化”在内的一系列正常发育阶段。
随后，研究人员们对发育中的早期胚胎进行了单细胞的RNA测序分析。分析结果表明，这些胚胎已能展现出明显的区域划分。我们也能清楚地看到原始内胚层、滋养外胚层、以及上胚层的细胞谱系。而且，我们也能找到各个细胞类型中所特异的转录因子。研究人员们指出，这揭露了胚胎早期发育所需的一些关键分子信息。
▲图中是一个17天的灵长类胚胎，不同颜色表明不同细胞分化里的标志物
“胚胎早期发育是一个‘黑匣子’，我们提供了首个对此的观察，”本研究的通讯作者之一Juan Carlos Izpisúa Belmonte教授说道：“现在我们能观察不同胚胎阶段里细胞如何发育，以及它们需要哪些因子。这能让我们更好理解如何产生不同的细胞与组织。”
“为了了解灵长类动物的原肠胚形成期，我们3年前就在中国开启了猴子胚胎的培养实验。这支团队在非人灵长类动物的系统研究上有着长期的经验，而且有着譬如体外受精平台等成熟的生殖研究体系，” 季维智教授评论道：“我们成功地达成了我们的目标。这能为过去所不清楚的人类着床后发育过程带来新的洞见。”
放眼未来，该体系的建立不仅能带来胚胎早期研究的一个重要工具，还能够通过这些以往做不到的研究发现，找到早期胚胎发育里的关键。这有望让我们更好地理解灵长类动物发育的过程，探索相关疾病背后的奥秘。
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