来自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)的研究团队发现，在人类发育的早期阶段，可能存在一个“暂停按钮”。
人类是否能够控制自身的发育时间一直是一个备受关注的话题。这项新研究表明，这个“暂停按钮”在人体细胞中也可以被激活。这些发现对我们理解人类早期生命具有重要意义，并可能改善生殖技术。
在某些哺乳动物中，可以调整胚胎的正常发育时间，以提高胚胎和母体的生存几率。这种暂时减缓发育的机制被称为胚胎滞育，通常发生在囊胚阶段，即胚胎植入子宫之前。
在滞育期间，胚胎保持自由漂浮，妊娠期得以延长。这种休眠状态可以持续数周或数月，直到条件适宜时才恢复发育。虽然并非所有哺乳动物都采用这种繁殖策略，但暂停发育的能力可以通过实验来激发。人类细胞是否能对滞育的触发作出反应仍然是一个未解之谜。
目前，柏林马克斯普朗克分子遗传学研究所的Aydan Bulut-Karslıoğlu实验室与维也纳奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)的Nicolas Rivron实验室的研究已确认，控制胚胎滞育的分子机制似乎也适用于人类细胞。
他们的研究成果已于9月26日发表在《细胞》杂志上。
干细胞衍生模型研究人类胚胎的滞育
在这项研究中，科学家们并未对人类胚胎进行实验，而是使用了人类干细胞和基于干细胞的囊胚模型。这些囊胚是进行研究的科学和道德选择。研究人员发现，在这些干细胞模型中，特定分子级联的调节，即mTOR信号通路，诱导出一种与滞育非常相似的休眠状态。
“mTOR通路是小鼠胚胎生长和发育的主要调节因子，”Aydan Bulut-Karslioglu表示。
“当我们用mTOR抑制剂处理人类干细胞和囊胚时，观察到发育延迟，这表明人类细胞能够利用分子机制引发滞育样反应。”
这种休眠状态的特征是细胞分裂减少，发育缓慢，附着子宫内膜的能力下降。重要的是，进入这个休眠阶段的能力似乎仅限于一个短暂的发育时期。
“囊胚的发育时间可以延长到囊胚阶段，这正是大多数哺乳动物滞育的阶段，”共同第一作者达努尔·P·耶尔说。此外，这种休眠是可逆的，当mTOR通路重新激活时，囊胚恢复正常发育。
改变胚胎发育时间的能力对体外受精的影响
作者得出结论，人类与其他哺乳动物一样，可能拥有一种内在机制来暂时减缓发育，即使这种机制在怀孕期间可能不会被使用。
“这种潜力可能是我们不再利用的进化过程的遗迹，”Rivron说。“虽然我们已经失去了自然休眠的能力，但这些实验表明，我们仍然保留了这种内在能力，并最终可以释放它。”
在基础研究中，出现的问题是人类和其他哺乳动物细胞是否通过类似或替代途径进入休眠状态，并将其用于相同的目的，例如暂停或定时其发育和植入。
研究小组的发现可能会对生殖医学产生影响。“一方面，众所周知，经历更快的发育可以提高体外受精(IVF)的成功率，而增强mTOR活性可以实现这一目标，”Rivron解释说。
“另一方面，在体外受精过程中触发休眠状态可以提供更大的时间窗口来评估胚胎的健康状况，并使其与母体同步，以便更好地植入子宫。”
总体而言，这一新发现为我们早期发育的过程提供了意想不到的见解，可能为增强生殖健康开辟新的途径。
“这一令人兴奋的合作证明了如何通过汇集各自的专业知识来解决复杂的生物学问题，”Rivron实验室的博士后研究员、该研究的第一作者之一Heidar Heidari Khoei说。
“我相信这项工作不仅强调了合作在推动科学发展中的重要性，而且还为理解细胞在准备发育过程中如何感知各种信号开辟了进一步的可能性。”
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