在进化过程中，人类失去了激活一种名为胚胎滞育的生殖机制的能力，这种机制通常在胚泡阶段减缓发育。与仍保留这一能力的哺乳动物不同，人类无法暂停发育，尽管这可能有助于提高胚胎和母体的生存机会。
不过，胚胎滞育的机制仍潜藏于我们细胞中。来自马克斯·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的科学家们发现，我们可能会重新获得激活这一机制的能力，这或许能改善体外受精（IVF）的效果。
这些研究成果发表在《细胞》期刊上，标题为“mTOR活性调节人类胚泡阶段的发育进程”。研究者们利用干细胞模型，展示了调节一种特定分子通路——mTOR信号通路，可以诱导出一种类似滞育的休眠状态。
研究者们表示：“我们展示了降低mTOR信号通路的活性，可以使人类多能干细胞和胚泡进入一种有限增殖、发育进程缓慢、与子宫内膜细胞附着能力降低的休眠状态。”这些体外实验表明，类似其他物种的机制，人类细胞在胚泡阶段也具有进入休眠的能力，而且这一过程是可逆的。
在一些哺乳动物中，胚胎滞育通常发生在胚胎植入子宫之前。此时胚胎处于漂浮状态，妊娠周期被延长，这种休眠状态可以持续数周或数月，待条件合适时再恢复发育。
虽然一些失去自然激活这一机制的哺乳动物仍能通过实验手段诱导滞育，例如将不自然滞育的羊胚泡转移到诱导滞育的小鼠子宫中，但人类细胞是否能够响应滞育信号的问题仍未得到解决。此次研究由马克斯·普朗克的阿伊丹·布鲁特-卡尔斯利奥古和IMBA的尼古拉斯·里夫伦共同领导。
研究者们成功识别了控制胚胎滞育的分子机制，表明这些机制在人体细胞中是可操作的。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胚泡模型，即胚泡体，这为研究提供了科学和伦理的替代方案。
研究表明，调节mTOR信号通路可以诱导干细胞模型进入类似滞育的休眠状态。“mTOR通路是小鼠胚胎发育的主要调节因子，”布鲁特-卡尔斯利奥古表示，“当我们用mTOR抑制剂处理人类干细胞和胚泡体时，观察到发育延迟，这意味着人类细胞能够利用分子机制来实现类似滞育的反应。”
这一休眠状态表现为细胞分裂减少、发育速度减慢以及与子宫内膜附着能力降低。重要的是，进入这一休眠状态的能力似乎仅限于短暂的发育时期。
“胚泡体的发育时间可以在胚泡阶段延展，这正是大多数哺乳动物滞育发生的阶段，”共同第一作者丹努尔·P·艾耶尔表示。此外，这种休眠状态是可逆的，胚泡体在重新激活mTOR通路后会恢复正常发育。
研究者们总结道，尽管人类失去了自然进入滞育状态的能力，但这潜在的能力可能是进化过程中的一个遗迹。“虽然我们已失去自然滞育的能力，但这些实验表明我们依然保留了这一内在能力，未来可能会重新利用它。”里夫伦补充道。基础研究中，一个问题是人类和其他哺乳动物细胞是否通过相似或不同的途径进入休眠状态，并在何种情况下使用这一机制来暂停或调整发育和植入的时机。
该团队的发现可能对生殖医学产生深远影响。“一方面，加速发育通常被认为能提高体外受精的成功率，增强mTOR活性可能实现这一目标；另一方面，在体外受精过程中诱导休眠状态可以提供更大的时间窗口来评估胚胎健康，并与母体同步，以提高植入的成功率。”
总的来说，这些新发现为我们早期发育过程的机制提供了前所未有的见解，可能为提升生殖健康开辟新的途径。“这一激动人心的合作证明了，通过结合各自的专业知识，可以解决复杂的生物学问题，”研究的共同第一作者海达尔·海达里·科赫伊表示。“我相信，这项工作不仅强调了合作在推进科学中的重要性，还开启了进一步理解细胞如何感知各种信号并为其发育之旅做准备的可能性。”
参考文献：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092867424009772
编辑：周敏
排版：李丽
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