胚胎发育有“慢动作” 学术资讯

显微镜下牛科动物的早期胚胎。图片来源：苏黎世联邦理工学院

狍（一种小鹿）是少数几种能够让胚胎进入特别长时间休眠的哺乳动物之一。瑞士研究人员利用现代分子方法，首次证明了胚胎在这个阶段究竟发生了什么。他们已经识别出控制胚胎觉醒的信号。

狍的一个特征在鹿群中是独一无二的。仲夏季节，在卵子受精后，其针头大小的胚胎不会植入子宫，而会进入被称为“胚胎滞育”的一个休眠期。这一时期将持续4个多月，直到12月。每当此时，胚胎才能以正常的速度继续发育并植入子宫。第二年5月，经过4个半月的“真正”妊娠，母狍产下1~3只幼崽。

人们已经知道在130多种哺乳动物中存在各种形式的胚胎滞育。然而，它们很少像在狍中观察到的那样持续很长时间。最重要的是，几乎没有其他物种表现出如此明显、持续的减速，而不是完全停止。科学家可以在老鼠身上人工诱导滞育。然而，在狍中，哪些因素控制滞育并使胚胎存活仍不清楚。

由苏黎世联邦理工学院动物生理学教授Susanne Ulbrich领导的国际合作团队对狍滞育之谜进行了一段时间的调查。在一项新研究中，研究人员展示了胚胎休眠时发生的分子过程：尽管非常缓慢，胚胎细胞在滞育期间继续分裂。包括胚胎干细胞在内的细胞数量每两到三周就会翻一番。这项研究近日发表于美国《国家科学院院刊》。

为回答是什么阻止胚胎细胞以正常速度分裂，研究人员首先检查了子宫液的分子组成。接下来，他们进一步观察了转录组，也就是胚胎和子宫上皮细胞所有信使RNA分子的总和。

在子宫液中，研究人员发现可以调节细胞分裂率的信号物质。丝氨酸的氨基酸含量特别显著。研究表明，在滞育接近结束时，子宫液中某些氨基酸的浓度发生了变化。细胞增殖率随之恢复到正常水平。

这一过程涉及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的分子复合物。mTOR与氨基酸发生反应，并在哺乳动物细胞的许多代谢信号通路中发挥关键作用，包括那些与癌症相关的信号通路。例如，mTORC1会调节蛋白质合成，从而调节细胞的生长和分裂。

根据新的发现，在整个滞育过程中，只有mTORC1的活性受到抑制，而mTORC2的活性没有受到抑制。这与滞育小鼠相反——滞育小鼠的细胞分裂在抑制mTORC1和mTORC2后完全停止。

在滞育末期，子宫液中氨基酸水平的显著升高激活了mTORC1。这反过来又增加了代谢和细胞周期基因的表达，推动胚胎发育。同时，由于mTORC2在狍胚胎滞育期间没有被抑制，研究人员推测这可以解释为什么细胞分裂缓慢继续。

在这项研究中，研究人员没有调查其他信号分子是否与各种氨基酸有关。目前还不清楚这些氨基酸是否真的负责恢复胚胎发育，或者胚胎本身是否也分泌作用于母体细胞和信号通路的分子。胚胎可以通过特定的信号分子向母体表明自己的存在。Ulbrich希望在未来的研究中消除这一认知鸿沟。（晋楠）

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2100500118

来源：中国科学报

原文链接：http://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2021/8/365013.shtm

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