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Cell Stem Cell:揭示早期胚胎在发育过程中掌握着控制权


人们常常认为早期胚胎是脆弱的,需要支持。然而,在发育的最初阶段,胚胎有能力喂养未来的胎盘,并指导子宫,使它能够在子宫中植入。在一项新的研究中,奥地利科学院分子生物技术研究所的Nicolas Rivron博士及其团队利用干细胞形成的体外胚胎模型---类囊胚(blastoids),发现诱导胎盘发育和让子宫作好准备的最早分子信号来自胚胎本身。这些发现可能有助于更好地了解人类的生育能力。相关研究结果发表在2022年7月7日的Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Epiblast inducers capture mouse trophectoderm stem cells in vitro and pattern blastoids for implantation in utero”。

来源:生物谷      

人们常常认为早期胚胎是脆弱的,需要支持。然而,在发育的最初阶段,胚胎有能力喂养未来的胎盘,并指导子宫,使它能够在子宫中植入。在一项新的研究中,奥地利科学院分子生物技术研究所的Nicolas Rivron博士及其团队利用干细胞形成的体外胚胎模型---类囊胚(blastoids),发现诱导胎盘发育和让子宫作好准备的最早分子信号来自胚胎本身。这些发现可能有助于更好地了解人类的生育能力。相关研究结果发表在2022年7月7日的Cell Stem Cell期刊上,论文标题为“Epiblast inducers capture mouse trophectoderm stem cells in vitro and pattern blastoids for implantation in utero”。

 

在生命之初,谁照顾谁?胎盘和子宫滋养和庇护胎儿。但是在发育的早期阶段,当囊胚(blastocyst)仍然漂浮在子宫中时,这种情况至今还不清楚。如今,Rivron团队利用类囊胚发现了胚胎早期发育的基本原则。

 

类囊胚最初由Rivron实验室利用小鼠干细胞(Nature, 2018, doi:10.1038/s41586-018-0051-0)开发出来,然后利用人类干细胞(Nature, 2021, doi:10.1038/s41586-021-04267-8)开发出来。类囊胚为使用胚胎进行研究提供了一种伦理上的替代方案,重要的是,它使得多种发现成为可能。

 

如今,类囊胚解决了“有鸡还是有蛋”的困境。利用小鼠类囊胚,这些作者发现早期胚胎部分(约10个细胞)指示未来胎盘部分(约100个细胞)的形成以及子宫组织变化。Rivron说,“通过这样做,胚胎对自己的未来进行了投资:它促进了胎盘的形成,而胎盘很快就会照顾它的发育。胚胎控制着一切,指导着周围环境的形成。胚胎处于控制之中,指示构建一个支持性的周围环境。”

 

事实上,这些作者发现了由发育成胎儿的少数细胞---外胚层细胞(epiblast)---分泌的几种分子。他们观察到这些分子告诉其他细胞---即后来形成胎盘的滋养层(trophoblast)细胞---使其自我更新和增殖,这两种干细胞特性对胎盘的生长至关重要。

 

这些作者还发现,这些分子诱导滋养层细胞分泌另外两种分子:WNT6和WNT7B。WNT6和WNT7B告诉子宫将囊胚包裹起来。Rivron 说,“其他的科学家们之前已观察到WNT分子参与了这种子宫反应。如今我们证实这些信号是WNT6/7B,它们由囊胚滋养层细胞产生,可指导子宫做出反应。这一发现可能具有很高的临床意义,因为我们证实人类胚胎层滋养细胞也表达这两种分子。”

 

Rivron团队通过在体内植入小鼠模型中检查小鼠囊胚的植入程度,部分地得出了他们的发现。论文共同第一作者、Rivron实验室博士后Jinwoo Seong说,“我对我们的囊胚植入子宫的效率感到非常惊讶。通过改变类囊胚内滋养层细胞的特性,包括WNT6/7B的分泌水平,我们可以明显地改变子宫茧(uterine cocoon)的大小。”

 

鉴于植入是人类怀孕的瓶颈---大约50%的怀孕在这个时候失败,而且WNT6和WNT7B也存在于人类囊胚中,这些发现可能解释了为什么有时会出问题。Rivron说,“我们目前正在在培养皿中用人类类囊胚和子宫细胞重复这些实验,以估计这种发育的基本原则的保守性。这些发现最终可能有助于改善体外受精程序,开发生育药物和避孕药。”

 

论文共同第一作者Viktoria Holzmann说,“了解胚胎发育的这些基本原则将最终有助于赋予妇女权力,使其更好地掌握自己的生育能力,这不仅会改善计划生育,还会影响社会的性别平等。” (生物谷 B)

 

参考资料:

 

1. Jinwoo Seong et al. Epiblast inducers capture mouse trophectoderm stem cells in vitro and pattern blastoids for implantation in utero. Cell Stem Cell, 2022, doi:10.1016/j.stem.2022.06.002.

 

2. THE BEGINNING OF LIFE: THE EARLY EMBRYO IS IN THE DRIVER'S SEAT

 

https://www.oeaw.ac.at/imba/research-highlights/news/the-beginning-of-life-the-early-embryo-is-in-the-drivers-seat