研究人员发现人类发育初期可能存在一个“暂停按钮”。人类是否能控制其发育时间一直是一个争论不休的话题。这项新的研究暗示，这个“暂停按钮”同样可以在人类细胞中被激活。这些发现对我们深入理解早期人类生命至关重要，并可能推动生殖技术的发展。
在马克斯·普朗克分子遗传学研究所和奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的研究人员发现，在人类发育的最早阶段存在一个潜在的“暂停按钮”。人类调节发育时间的能力一直是一个长期讨论的话题。最近的研究表明，这个“暂停按钮”也可以在人类细胞中被触发。这一发现对我们理解早期人类生命具有重要意义，并可能推动生殖技术的发展。
在一些哺乳动物中，正常、持续的胚胎发育时间可以调整，以提高胚胎和母体的生存前景。这种发育的暂时放缓，被称为胚胎滞育，通常发生在囊胚阶段，正好在胚胎植入子宫之前。在滞育期间，胚胎自由漂浮，延长妊娠期。这种非活跃状态可以持续数周或数月，直到条件变得有利于发育恢复。尽管并非所有哺乳动物都利用这种生殖策略，但可以实验性地触发暂停发育的能力。然而，目前尚不确定人类细胞是否能够以类似于滞育的方式反应。
现在，马克斯·普朗克分子遗传学研究所的Aydan Bulut-Karslioğlu与维也纳的IMBA研究所的ERC资助者Nicolas Rivron开展的研究揭示，控制胚胎滞育的分子机制似乎适用于人类细胞。他们的研究结果于9月26日刊登在《细胞》杂志上。
利用干细胞衍生模型研究人类胚胎滞育
在他们的研究中，研究人员并未对人类胚胎进行实验，而是使用了人类干细胞和干细胞衍生的囊胚模型，即称为胚泡。这些胚泡提供了一个科学和伦理上的替代方案，以便在没有使用实际胚胎的情况下进行研究。科学家发现，通过改变这些干细胞模型中的特定分子途径，即mTOR信号通路，他们能够诱导出一种与滞育极为相似的休眠状态。“mTOR通路是小鼠胚胎生长和发育进程的重要调节因子，”Aydan Bulut-Karslioğlu表示。“当我们向人类干细胞和胚泡施加mTOR抑制剂时，我们注意到发育延迟，证实了人类细胞确实能够激活必要的分子机制以达到类似滞育的反应。”
这种休眠状态的特征是细胞分裂减少、发育缓慢，且附着于子宫内膜的能力降低。值得注意的是，进入这种休眠状态的能力似乎仅限于特定的发育窗口。“在囊胚阶段，胚泡的发育时间可以暂时延长，这正是大多数哺乳动物发生滞育的时间点，”共同第一作者Dhanur P. Iyer解释。更重要的是，这种休眠状态是可逆的；一旦重新激活mTOR通路，胚泡可以恢复正常发育。
调节胚胎发育时机的潜力对试管婴儿有影响
研究人员得出结论，与其他哺乳动物类似，人类可能具备自然机制以暂时放缓发育，即使这种机制在妊娠期间未被利用。“这种潜力可能是我们不再参与的进化过程的残留，”Nicolas Rivron指出。“尽管我们可能已经失去了自然进入休眠的能力，但这些实验表明我们仍然保留这一内在能力，未来可能会加以利用。”对于基础研究来说，一个重要的问题随之而来：人类和其他哺乳动物细胞是否通过相同或不同的途径进入这种非活跃状态？它们是否利用这种状态用于类似的目的，例如暂停或调节其发育和植入的时机？
该团队的发现可能对生殖医学产生有意义的影响：“一方面，加速发育已知能提高试管婴儿（IVF）的成功率，增强mTOR活性可能有助于实现这一目标，”Nicolas Rivron指出。“另一方面，在IVF过程中诱导休眠状态可能允许更广泛的时间框架，以评估胚胎健康，并将其与母体的身体同步，从而更好地植入子宫。”
总的来说，这些新发现为影响我们早期发育阶段的过程提供了宝贵的见解，可能铺平改善生殖健康的道路。“这一激动人心的合作展示了如何通过结合专业知识来解决复杂的生物学问题，”Nicolas Rivron实验室的博士后研究员Heidar Heidari Khoei说，他是这项研究的共同第一作者之一。“我相信这项工作凸显了合作在推动科学发展中的重要性，并为进一步了解细胞在准备其发育旅程时如何解读各种信号打开了更多机会。”
Nicolas Rivron是IMBA的组长，并获得ERC整合资助。
