暂停生命：研究人员发现延迟人类胚胎生长的方法

研究表明，人类可能会利用一种类似于休眠囊虫的能力来优化生殖健康和试管婴儿的成功率。 (休眠的人类膀胱。）图片来源：© Heidar Heidari Khoei/IMBA

在某些哺乳动物中，可以改变通常持续的胚胎发育时间，以提高胚胎和母体的存活机会。 这种暂时性的发育减缓通常发生在胚泡阶段，也就是胚胎附着到子宫壁之前，被称为胚胎停育。 在这一停顿期间，胚胎保持自由浮动，延长妊娠期。

这种休眠状态可维持数周或数月，然后在条件有利时再恢复发育。 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触发。 人类细胞是否能对暂停触发器做出反应仍是一个悬而未决的问题。

现在，维也纳奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的尼古拉斯-里夫龙实验室（ERC 受赠者）和柏林马克斯-普朗克分子遗传学研究所的艾丹-布卢特-卡尔斯利奥卢实验室的一项研究发现，控制胚胎休眠的分子机制似乎也可以在人类细胞中发挥作用。 他们的研究成果于9月26日发表在《细胞》（Cell）杂志上。

在他们的研究中，科学家们没有在人类胚胎上进行实验，而是使用了人类干细胞和基于干细胞的胚泡模型（称为囊胚）。 这些胚泡是一种科学和伦理上可替代使用胚胎进行研究的方法。 研究人员发现，在这些干细胞模型中，对特定分子级联--mTOR信号通路--的调节会诱导一种非常类似于休眠的休眠状态。

艾丹-布卢特-卡斯利奥格鲁（Aydan Bulut-Karslioglu）说："mTOR通路是小鼠胚胎生长和发育进程的主要调节器。当我们用mTOR抑制剂处理人类干细胞和囊状细胞时，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，引起类似休眠的反应。"

这种休眠状态的特点是细胞分裂减少、发育缓慢以及附着于子宫内膜的能力下降。 重要的是，进入这种休眠状态的能力似乎仅限于短暂的发育期。

共同第一作者Dhanur P. Iyer说："囊胚的发育时间可以拉长到囊胚期左右，这正是大多数哺乳动物休眠的阶段。 此外，这种休眠是可逆的，当 mTOR 途径被重新激活时，胚泡会恢复正常发育。"

作者总结说，人类和其他哺乳动物一样，可能拥有一种暂时减缓发育的内在机制，尽管这种机制在怀孕期间可能不会被使用。尼古拉斯-里夫龙说："这种潜能可能是进化过程中留下的遗迹，但我们已经不再利用它了。虽然我们已经失去了自然进入休眠状态的能力，但这些实验表明，我们仍然保留了这种内在能力，并可能最终将其释放出来。"

对于基础研究来说，问题在于人类和其他哺乳动物细胞是否通过类似或其他途径进入休眠状态，并将其用于相同的目的，例如暂停发育和植入或确定其时间。

研究小组的发现可能会对生殖医学产生影响，尼古拉斯-里夫龙解释说："一方面，众所周知，加快胚胎发育可以提高体外受精（IVF）的成功率，而增强mTOR的活性可以达到这一目的。另一方面，在体外受精过程中触发休眠状态可以为评估胚胎健康提供更大的时间窗口，并使胚胎与母体同步，以便更好地在子宫内着床。"

总之，这些新发现为我们最早的发育过程提供了未曾预料到的洞察力，可能为提高生殖健康开辟新的途径。

尼古拉斯-里夫龙实验室的博士后研究员、该研究的共同第一作者海达尔-海达里-霍伊（Heidar Heidari Khoei）说："这项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。我相信这项工作不仅强调了合作在推动科学发展方面的重要性，而且为了解细胞在准备发育过程中如何感知各种信号开辟了更多可能性。"