Cell：第一次发现在人类发育的“暂停按钮”

柏林马克斯普朗克分子遗传学研究所和维也纳奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)的研究人员发现，在人类发育的最初阶段，可能存在一个“暂停按钮”。人类能否控制自己的发育时间一直是争论的焦点。这项新研究表明，这个“暂停按钮”也可以在人类细胞中被激活。这些发现对我们理解人类早期生活具有重要意义，并可能改善生殖技术。

　　

在一些哺乳动物中，可以改变胚胎正常持续发育的时间，以提高胚胎和母亲的生存机会。这种暂时减缓发育的机制被称为胚胎滞育（embryonic diapause），通常发生在囊胚阶段，就在胚胎植入子宫之前。在滞育期间，胚胎保持自由漂浮，妊娠期延长。这种休眠状态可以维持数周或数月，直到条件有利时才恢复发育。虽然不是所有的哺乳动物都使用这种繁殖策略，但暂停发育的能力可以通过实验来触发。人类细胞是否能对滞育触发作出反应仍然是一个悬而未决的问题。

现在，由柏林马克斯普朗克分子遗传学研究所的Aydan Bulut-Karslıoğlu实验室和维也纳奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)的Nicolas Rivron实验室进行的一项研究已经确定，控制胚胎滞育的分子机制似乎也适用于人类细胞。他们的研究结果发表在9月26日的《细胞》杂志上。 

研究人类胚胎滞育的干细胞衍生模型

在他们的研究中，科学家们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(称为囊胚)。这些囊胚是使用胚胎进行研究的科学和道德选择。研究人员发现，在这些干细胞模型中，特定分子级联的调制，即mTOR信号通路，诱导了一种与滞育非常相似的休眠状态。“mTOR通路是小鼠胚胎生长和发育过程的主要调节器，当我们用mTOR抑制剂处理人类干细胞和囊胚时，我们观察到发育延迟，这意味着人类细胞可以部署分子机制来引发滞育样反应。”Aydan Bulut-Karslioglu说。

这种休眠状态的特点是细胞分裂减少，发育缓慢，附着子宫内膜的能力下降。重要的是，进入这个休眠阶段的能力似乎被限制在一个短暂的发育时期。“囊胚的发育时间可以延长到囊胚期，而囊胚期正是大多数哺乳动物滞育的阶段，”共同的第一作者Dhanur P. Iyer. Moreover说。此外，这种休眠是可逆的，当mTOR通路被重新激活时，囊胚恢复正常发育。 

改变胚胎发育时间的能力对体外受精有影响

作者得出结论，人类，像其他哺乳动物一样，可能拥有一种内在的机制来暂时减缓他们的发育，即使这种机制可能不会在怀孕期间使用。

“这种潜力可能是我们不再利用的进化过程的遗迹，虽然我们已经失去了自然休眠的能力，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。”在基础研究中，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。

研究小组的发现可能会对生殖医学产生影响:“一方面，众所周知，经历更快的发育可以提高体外受精(IVF)的成功率，而增强mTOR的活性可以实现这一目标，”Nicolas Rivron解释说。“另一方面，在体外受精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，并使其与母亲同步，以便更好地植入子宫。”

总的来说，新的发现为我们早期发育的过程提供了意想不到的见解，这可能为增强生殖健康开辟新的途径。

“这一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进科学发展中的重要性，而且还为理解细胞在准备发育过程中如何感知各种信号开辟了进一步的可能性。”

Nicolas Rivron是IMBA的小组负责人，由ERC整合者资助。