研究表明，人类可能利用休眠的类似休眠期的能力来优化生殖健康和 IVF 成功率。（休眠的人类胚泡。）图片来源：© Heidar Heidari Khoei/IMBA
研究人员在人类发育的早期阶段发现了一个潜在的“暂停按钮”。
人类是否能够控制其发育时间一直存在争议。这项新研究表明，尽管在怀孕期间不使用休眠能力，但人类可能仍保留着休眠能力。这一发现对我们理解早期人类生命有着深远的影响，并可能改善体外受精等生殖技术。
胚胎休眠期在某些哺乳动物中，通常连续的胚胎发育时间可以改变，以提高胚胎和母亲的存活几率。这种暂时的发育减缓被称为胚胎休眠期，通常发生在胚泡期，即胚胎附着在子宫壁之前。在此期间，胚胎保持自由漂浮，从而延长妊娠期。
当条件适宜时，这种休眠状态可以维持数周或数月，然后恢复发育。虽然并非所有哺乳动物都采用这种生殖策略，但可以通过实验触发暂停发育的能力。人类细胞是否能对休眠触发因素作出反应仍是一个悬而未决的问题。
现在，奥地利维也纳科学院分子生物技术研究所（ERC 资助者）的 Nicolas Rivron 实验室和柏林马克斯普朗克分子遗传学研究所的 Aydan Bulut-Karslıoğlu 实验室的一项研究发现，控制胚胎休眠期的分子机制似乎也可以在人类细胞中发挥作用。他们的研究结果于 9 月 26 日发表在《细胞》杂志上。
基于干细胞的人类休眠期模型在他们的研究中，科学家没有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，即胚泡。这些胚泡是使用胚胎进行研究的科学和道德替代方案。研究人员发现，在这些干细胞模型中，调节特定的分子级联，即 mTOR 信号通路，会诱导一种与休眠期非常相似的休眠状态。
“mTOR 通路是小鼠胚胎生长和发育进程的主要调节器，”Aydan Bulut-Karslıoğlu 说道：“当我们用 mTOR 抑制剂处理人类干细胞和胚泡时，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来引发类似休眠期的反应。”
这种休眠状态的特点是细胞分裂减少、发育缓慢、附着于子宫内膜的能力下降。重要的是，进入这一休眠阶段的能力似乎仅限于短暂的发育时期。
“胚泡的发育时间可以延长到囊胚期，而这正是大多数哺乳动物休眠期的阶段，”共同第一作者 Dhanur P. Iyer 说道，此外，这种休眠是可逆的，当 mTOR 通路重新激活时，胚泡就会恢复正常发育。
对生殖医学的影响作者得出结论，人类和其他哺乳动物一样，可能拥有一种内在机制来暂时减缓其发育，即使这种机制在怀孕期间可能不会使用。“这种潜力可能是我们不再使用的进化过程的遗迹，”Nicolas Rivron 说：“虽然我们已经失去了自然进入休眠的能力，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。”
对于基础研究，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。
该团队的发现可能对生殖医学产生影响：“一方面，众所周知，加快发育速度可以提高体外受精 (IVF) 的成功率，而增强 mTOR 活性可以实现这一目标，”Nicolas Rivron 解释道：“另一方面，在 IVF 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，并将其与母亲同步，以便更好地在子宫内植入。”
发掘生殖健康的潜力总的来说，新发现为我们早期发育的过程提供了意想不到的见解，可能为增进生殖健康开辟新的途径。
“这次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，”Nicolas Rivron 实验室的博士后研究员兼该研究的共同第一作者 Heidar Heidari Khoei 强调：“我相信这项工作不仅强调了合作对于推动科学发展的重要性，而且还为理解细胞在准备发育之旅时如何感知各种信号开辟了更多可能性。”
参考文献：“mTOR 活性调节人类囊胚阶段发育进程”作者：Dhanur P. Iyer、Heidar Heidari Khoei、Vera A. van der Weijden、Harunobu Kakawa、Saurabh J. Pradhan、Maria Novatchkova、Afshan McCarthy、Teresa Rayon、Claire S. Simon ，Ilona Dunkel、Sissy E. Wamaitha、Kay Elder、Phil Snell、Leila Christie、Edda G. Schulz、Kathy K. Niakan、Nicolas Rivron 和 Aydan Bulut-Karslioğlu，2024 年 9 月 26 日，Cell。DOI：10.1016/j.cell.2024.08.048
Nicolas Rivron 是 IMBA 的团队负责人，由 ERC Consolidator Grant 资助。
Aydan Bulut-Karslıoğlu 是 MPIMG 的团队负责人，也是 EMBO 青年研究员。她的研究由 ERC 启动基金资助。
作者：奥地利科学院分子生物技术研究所 IMBA
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