柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所和维也纳奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的研究人员在人体发育最早阶段发现了一个潜在的“暂停按钮”。人类是否能够控制自身发育的时间一直是一个备受争议的问题。新的研究表明，这个“暂停按钮”也可以在人类细胞中启动。这一发现对我们理解早期人类生命具有重要意义，并可能改善生殖技术。在某些哺乳动物中，通常连续的胚胎发育时间可以调整，以提高胚胎和母体的存活几率。
这种暂时减缓发育的机制称为胚胎滞育，通常发生在胚泡阶段，即胚胎植入子宫之前。在滞育期间，胚胎保持漂浮状态，妊娠期延长。这种休眠状态可以维持数周或数月，直到条件有利时再恢复发育。尽管并非所有哺乳动物都使用这种生殖策略，但发育暂停的能力可以通过实验触发。人类细胞是否能对滞育触发器作出反应仍然是一个悬而未决的问题。
现在，由柏林马克斯·普朗克分子遗传学研究所的Aydan Bulut-Karslıoğlu和维也纳奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的Nicolas Rivron领导的研究发现，控制胚胎滞育的分子机制在人体细胞中也似乎可以起作用。他们的研究结果于9月26日发表在《细胞》杂志上。
使用干细胞衍生模型研究人类胚胎滞育
在研究中，科学家们没有对人类胚胎进行实验，而是使用人类干细胞和干细胞衍生的胚泡模型称为胚泡体。这些胚泡体是使用胚胎进行研究的科学和伦理替代品。研究人员发现，在这些干细胞模型中调节特定的分子级联反应，即mTOR信号通路，会诱导出一种显著类似于滞育的休眠状态。“mTOR通路是小鼠胚胎生长和发育进程的主要调节器，”Aydan Bulut-Karslioglu说。
“当我们用mTOR抑制剂处理人类干细胞和胚泡体时，我们观察到了发育延迟，这意味着人类细胞可以部署分子机制以引发类滞育反应。”这种休眠状态的特征是细胞分裂减少，发育速度减慢以及附着于子宫内膜的能力降低。重要的是，进入这种休眠状态的能力似乎仅限于一个短暂的发育时期。“胚泡体的发育时间可以在胚泡阶段拉长，这正是大多数哺乳动物中滞育起作用的阶段，”联合第一作者Dhanur P. Iyer说。
此外，这种休眠是可逆的，当mTOR通路重新激活时，胚泡体恢复正常发育。改变胚胎发育时间的能力对体外受精有影响
作者总结认为，人类，像其他哺乳动物一样，可能拥有一种内在机制来暂时减缓其发育，尽管这种机制在妊娠期间可能不会被使用。“这种潜力可能是一个我们不再利用的进化过程的遗迹，”Rivron说。“尽管我们失去了自然进入休眠的能力，这些实验表明我们仍然保留了这种内在能力，并可能最终将其释放出来。”
对于基础研究，人类和其他哺乳动物细胞是否通过相似或替代路径进入休眠状态以及是否出于相同目的使用它，比如暂停或调整它们的发育和植入时间是一个值得探讨的问题。该团队的发现可能对生殖医学产生影响。“一方面，更快进行发育已知会增加体外受精（IVF）的成功率，增强mTOR活性可以实现这一点，”Rivron解释道。
“另一方面，在IVF程序期间触发休眠状态可以提供更大的时间窗来评估胚胎健康，并与母体同步以便更好地在子宫内植入。”总体而言，新的发现为了解我们最早期的发育过程提供了前所未有的见解，可能为改善生殖健康开辟新途径。“这次激动人心的合作证明了通过结合各自的专业知识可以解决多么复杂的生物学问题，”Rivron实验室的博士后和该研究的共同第一作者Heidar Heidari Khoei说。
“我相信这项工作不仅强调了协作在推动科学进步中的重要性，还为理解细胞在准备发育过程时如何感知各种信号开辟了更多可能性。”