《Developmental Cell》模拟的人类胚胎在发育中的胚胎周围形成一层膜

　　

一项研究首次成功地证明，模拟的人类胚胎本身会产生一层膜(基底膜)，包围着发育中的胚胎，没有基底膜，胚胎就无法存活，它决定了胚胎的样子。这层膜赋予胚胎形状和稳定性，负责胚胎细胞的规范和组织，并使其以受控的方式生长。

大约每秒钟就有一个人类胚胎受到异常发育的影响，例如，导致胚胎无法植入子宫或导致流产。除了母体因素或胚胎的遗传异常(后者可以在体外受精(IVF)过程中使用植入前遗传学诊断进行调查)外，还可以假设胚胎的细胞顺序和形态畸变也可能起作用。这种异常现象的原因尚未得到澄清，特别是因为包括奥地利在内的世界上许多国家出于道德原因禁止对人类胚胎进行研究。

基底膜（Basement Membranes, BMs）是细胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）的层状结构，为多种组织提供结构支持，并在信号传导中发挥核心作用。它们是细胞行为和组织功能的关键调节者，其组装或组成的缺陷与众多人类疾病有关。由于人类和动物胚胎发育之间的差异、伦理问题、法律限制、人类组织材料的稀缺性以及体内条件的不可接近性，人类胚胎发育期间BM的调控一直是个谜。

由遗传学家Markus Hengstschläger领导的维也纳MedUni研究小组使用干细胞模型来模拟胚胎发育的最早阶段，并表征胚胎周围的膜，赋予其形状和稳定性。这层膜负责胚胎细胞的规范和组织，并允许它以受控的方式生长。这些发现为进一步研究奠定了基础，目的是更好地了解胚胎发育异常的原因。研究结果最近发表在顶级杂志《Developmental Cell》上。

在人类胚胎发育的早期阶段，BM的形成和解聚是一个复杂且精细调控的过程。BM的组装遵循一系列有序的步骤，涉及到多种蛋白质和信号通路的相互作用。

通过使用植入后羊膜囊胚样体（Post-Implantation Amniotic Sac Embryoid, PASE），本文描绘了植入后发育过程中BM的组装以及原始条纹（Primitive Streak, PS）细胞扩散期间BM的解聚。

研究发现，外胚层衍生的层粘连蛋白-α5（laminin-α5）和木瓜蛋白酶（papilin）对人类胚胎BM的形成起着重要作用。这些分子的精确调控对于BM的结构完整性和功能至关重要。

此外，研究揭示了转录因子Oct4在BM组装中的关键作用。Oct4通过控制小GTP酶Rac1的活性来调节BM的发展。Rac1是一种重要的信号分子，参与调节细胞的粘附、迁移和增殖等多种生物学过程。Oct4对BM结构组分和受体的表达进行调控，从而影响BM的组装和解聚。通过RNA测序（RNA-seq）技术，进一步确认了Oct4作为BM结构组分和受体调节器的角色。

研究结果为理解早期人类发育提供了重要的一步。BM的组装和解聚对于胚胎的正常发育至关重要，而对其调控机制的深入了解可能有助于揭示人类早期发育过程中的一些关键事件。例如，原始条纹（PS）的形成是胚胎早期发育的一个关键阶段，它标志着胚胎体计划的建立和细胞命运的决定。BM的适时解聚对于PS细胞的迁移和分化是必不可少的。

此外，研究还为未来的治疗策略提供了新的视角。例如，对于那些与BM组装或解聚异常相关的疾病，如癌症和纤维化疾病，了解其分子机制可能有助于开发新的治疗手段。通过模拟和干预BM的组装和解聚过程，可能有助于恢复细胞的正常行为和组织的功能。

这项研究不仅增进了我们对BM在人类胚胎发育中的作用的理解，也为未来的发育生物学研究和临床应用奠定了基础。未来的研究将进一步探索BM在其他发育阶段和疾病状态下的作用，以及如何通过干预BM的调控来促进健康和治疗疾病。随着这些研究的深入，我们有望获得更多关于人类发育和疾病的知识，为改善人类健康和福祉做出贡献。          

作者已经从数千个人类基因中鉴定出Oct4是一个显著参与基底膜形成和发育的基因。有了这个，他们就能够给这个转录因子分配一个以前没有描述过的功能。

Hengstschläger说：“这项研究揭示了对人类生命发展具有重要意义的分子机制，并为进一步研究人类胚胎不能启动妊娠或导致流产的畸变原因奠定了基础，此外，许多人类疾病都起源于早期胚胎发育。然而，我们对这种关系仍然知之甚少，因为直到现在，早期人类的发展还完全无法研究。”