暫停生命：研究人員發現延遲人類胚胎生長的方法

人類能否控制其發育的時間一直存在爭議。 這項新的研究表明，儘管人類在懷孕期間沒有使用休眠能力，但仍可能保留休眠能力。 這些發現對我們瞭解人類早期生命有着深遠的影響，並可能改進試管嬰兒等生殖技術。研究人員在人類發育的最初階段發現了一個潛在的"暫停按鈕"。

研究表明，人類可能會利用一種類似於休眠囊蟲的能力來優化生殖健康和試管嬰兒的成功率。 (休眠的人類膀胱。）圖片來源：© Heidar Heidari Khoei/IMBA

在某些哺乳動物中，可以改變通常持續的胚胎髮育時間，以提高胚胎和母體的存活機會。 這種暫時性的發育減緩通常發生在胚泡階段，也就是胚胎附着到子宮壁之前，被稱爲胚胎停育。 在這一停頓期間，胚胎保持自由浮動，延長妊娠期。

這種休眠狀態可維持數週或數月，然後在條件有利時再恢復發育。 雖然並非所有哺乳動物都採用這種繁殖策略，但暫停發育的能力可以通過實驗觸發。 人類細胞是否能對暫停觸發器做出反應仍是一個懸而未決的問題。

現在，維也納奧地利科學院分子生物技術研究所（IMBA）的尼古拉斯-裡夫龍實驗室（ERC 受贈者）和柏林馬克斯-普朗克分子遺傳學研究所的艾丹-布盧特-卡爾斯利奧盧實驗室的一項研究發現，控制胚胎休眠的分子機制似乎也可以在人類細胞中發揮作用。 他們的研究成果於9月26日發表在《細胞》（Cell）雜誌上。

在他們的研究中，科學家們沒有在人類胚胎上進行實驗，而是使用了人類幹細胞和基於幹細胞的胚泡模型（稱爲囊胚）。 這些胚泡是一種科學和倫理上可替代使用胚胎進行研究的方法。 研究人員發現，在這些幹細胞模型中，對特定分子級聯--mTOR信號通路--的調節會誘導一種非常類似於休眠的休眠狀態。

艾丹-布盧特-卡斯利奧格魯（Aydan Bulut-Karslioglu）說："mTOR通路是小鼠胚胎生長和發育進程的主要調節器。當我們用mTOR抑制劑處理人類幹細胞和囊狀細胞時，我們觀察到了發育延遲，這意味着人類細胞可以部署分子機制，引起類似休眠的反應。"

這種休眠狀態的特點是細胞分裂減少、發育緩慢以及附着於子宮內膜的能力下降。 重要的是，進入這種休眠狀態的能力似乎僅限於短暫的發育期。

共同第一作者Dhanur P. Iyer說："囊胚的發育時間可以拉長到囊胚期左右，這正是大多數哺乳動物休眠的階段。 此外，這種休眠是可逆的，當 mTOR 途徑被重新激活時，胚泡會恢復正常發育。"

作者總結說，人類和其他哺乳動物一樣，可能擁有一種暫時減緩發育的內在機制，儘管這種機制在懷孕期間可能不會被使用。尼古拉斯-裡夫龍說："這種潛能可能是進化過程中留下的遺蹟，但我們已經不再利用它了。雖然我們已經失去了自然進入休眠狀態的能力，但這些實驗表明，我們仍然保留了這種內在能力，並可能最終將其釋放出來。"

對於基礎研究來說，問題在於人類和其他哺乳動物細胞是否通過類似或其他途徑進入休眠狀態，並將其用於相同的目的，例如暫停發育和植入或確定其時間。

研究小組的發現可能會對生殖醫學產生影響，尼古拉斯-裡夫龍解釋說："一方面，衆所周知，加快胚胎髮育可以提高體外受精（IVF）的成功率，而增強mTOR的活性可以達到這一目的。另一方面，在體外受精過程中觸發休眠狀態可以爲評估胚胎健康提供更大的時間窗口，並使胚胎與母體同步，以便更好地在子宮內着牀。"

總之，這些新發現爲我們最早的發育過程提供了未曾預料到的洞察力，可能爲提高生殖健康開闢新的途徑。

尼古拉斯-裡夫龍實驗室的博士後研究員、該研究的共同第一作者海達爾-海達裡-霍伊（Heidar Heidari Khoei）說："這項令人興奮的合作證明了如何通過彙集各自的專業知識來解決複雜的生物學問題。我相信這項工作不僅強調了合作在推動科學發展方面的重要性，而且爲了解細胞在準備發育過程中如何感知各種信號開闢了更多可能性。"