豚鼠：解析人类着床前胚胎发育奥秘的理想动物模型

《Nature Cell Biology》：The guinea pig serves as an alternative model to study human preimplantation development

为探究人类着床前胚胎发育机制，因伦理限制和研究人类胚胎的局限，研究人员以豚鼠为对象开展相关研究。结果发现豚鼠在胚胎发育关键阶段和分子标记时空表达等方面与人类相似。该研究为相关领域提供新视角，助力生殖医学发展。

　　在生命的奇妙旅程中，人类着床前胚胎发育（指从受精卵形成到胚胎植入子宫壁之前的发育阶段）是一个至关重要的时期。这一阶段不仅奠定了胚胎后续发育的基础，对个体的长期健康也有着深远影响。然而，研究人类着床前胚胎面临诸多难题。一方面，伦理限制使得直接研究人类胚胎困难重重；另一方面，现有的研究技术存在局限性，难以全面深入地探究这一复杂过程。因此，寻找合适的替代模型成为解锁人类着床前胚胎发育奥秘的关键。

在这样的背景下，来自加拿大蒙特利尔大学研究中心、瑞典卡罗林斯卡学院等机构的研究人员 Jesica Romina Canizo、Cheng Zhao 和 Sophie Petropoulos 等开展了一项重要研究。他们将目光聚焦于豚鼠，致力于探索豚鼠作为研究人类着床前胚胎发育替代模型的可行性。该研究成果发表在《Nature Cell Biology》杂志上，为我们理解人类胚胎发育机制带来了新的曙光。

研究人员主要运用了单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）、免疫荧光等关键技术。通过单细胞 RNA 测序，他们能够全面获取豚鼠胚胎单细胞层面的基因表达信息；免疫荧光技术则帮助他们直观观察胚胎细胞中特定蛋白的表达和定位。研究样本主要来源于自然交配后的豚鼠、小鼠以及经伦理批准获取的人类胚胎。

研究结果如下：

1. 豚鼠着床前胚胎发育特征：研究人员详细描绘了豚鼠着床前胚胎发育的过程。依据胚胎形态动力学，确定了关键事件的发生时间，如压缩阶段在 8 - 16 细胞期，与人类相似。通过免疫荧光和单细胞 RNA 测序，明确了滋养外胚层（TE）、内细胞团（ICM）、上胚层（EPI）和原始内胚层（PE）等关键谱系标记的时空表达。在压缩桑葚胚阶段，豚鼠胚胎的一些标记物表达模式与人类胚胎相似，且随着胚胎发育，各谱系逐渐分化，到晚期囊胚阶段，谱系分化完成。
2. 转录组动态变化：利用单细胞 RNA 测序对豚鼠胚胎进行分析，通过降维等操作，基于已知标记基因确定了细胞身份，包括前谱系、TE、ICM/EPI 和 PE 等。通过伪时间推断，确定了 ICM - TE 和 EPI - PE 谱系分离的时间，还发现了一些转录因子在豚鼠胚胎发育中的动态变化，为理解早期发育的调控机制提供了线索。
3. 信号通路的作用：研究表明，Hippo、JAK - STAT、MEK - ERK 和 PI3K - Akt 等信号通路在豚鼠胚胎谱系分化中发挥重要作用。例如，Hippo 信号通路参与 TE 形成，抑制其上游激酶 LATS1/2 会影响相关标记物表达；JAK - STAT 信号通路对 PE 形成至关重要，抑制该通路会导致 SOX17⁺细胞缺失；MEK - ERK 信号通路参与 PE 扩展；PI3K - Akt 信号通路则在 PE 扩展中起作用。
4. TE 亚谱系特征：研究人员发现豚鼠胚胎存在壁层和极层 TE 亚谱系，并确定了其分子特征。壁层 TE 高表达 NR2F2，KEGG 通路富集分析显示，极层细胞中过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路等代谢相关通路显著上调，壁层细胞中 JAK - STAT 通路等与着床相关的通路显著增加，且 JAK - STAT 信号通路在 TE 成熟中起作用。
5. NR2F2 和视黄酸的作用：研究发现，NR2F2 和视黄酸在胚胎附着过程中起重要作用。在豚鼠和人类胚胎中，随着胚胎发育，NR2F2 和 RXRα 的共定位逐渐增加，体外实验表明视黄酸可促进胚胎正确定位和附着，可能通过 NR2F2 和 / 或视黄酸受体介导。
6. 跨物种比较：通过整合豚鼠、人类和小鼠的转录组数据进行跨物种比较，发现不同物种在细胞类型和发育阶段上存在一定的对应关系，且不同物种间基因表达谱既有保守基因，也有差异基因，这些差异与发育时间和谱系相关。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了豚鼠囊胚发育的关键分子特征，通过与人类和小鼠胚胎的比较，确定了哺乳动物早期发育中的保守和差异特征。豚鼠在着床前发育的多个方面与人类相似，可作为研究人类胚胎发育的有效体内模型，且不受人类胚胎研究的伦理限制，有助于深入理解早期胚胎发育机制、多能性和 X 染色体失活等过程。尽管豚鼠模型存在基因组组装不完善等局限性，但研究人员正在努力优化相关方面，提升其在早期胚胎发育研究中的价值。该研究为人类胚胎发育研究开辟了新途径，有望推动生殖医学和相关领域的进一步发展。