图片:人类胚胎从受精卵到囊胚的发育过程。
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为什么三分之二的体外受精(IVF)胚胎发育停滞?一项新研究于6月30日发表，来自南方科技大学的安德鲁·哈钦斯和上海曙光医院的佟国庆的研究表明，许多为体外受精而储存的胚胎都经历了抑制发育的特征性遗传和代谢变化。这些结果有助于解释许多收获的胚胎发育能力的丧失，并可能为增加发育能力胚胎的比例提供策略。
只有大约30%的体外受精胚胎发展到囊胚期，囊胚期是开始形成细胞层的圆形细胞球，最终发育成组织和器官。对于这种发育停滞有多种假设，但没有一种解释能被实验完全支持。动物模型只提供了对人类情况的部分了解，因为在许多其他物种中，外部受精卵成功发育的比例要高得多。
为了了解这么多人类胚胎无法发育的原因，作者检查了受阻胚胎的基因表达。他们发现，有一部分胚胎(被称为1型)无法完成从使用存储的母体基因转录本到激活胚胎自身基因组的转变。这一组与其他两组(类型2和类型3)不同，在这两组中，这种转变成功发生，但显示了对早期发育动态事件重要的多个基因的下调。这些明显包括编码核小体(组织DNA的蛋白质)和核糖体(合成蛋白质的分子工厂)的基因活性的降低，以及调节细胞分裂的关键因素。
这种变化是细胞进入静止(一种暂时的状态)和衰老(永久丧失分裂能力)的特征。2型和3型胚胎都表现出较低的糖酵解水平，这是一组关键的能量产生反应，但在另一种能量产生系统氧化磷酸化水平上有所不同。当作者用白藜芦醇(白藜芦醇是一种能激活一系列代谢调节酶的小分子)处理这些胚胎时，超过一半的受阻胚胎重新开始发育，但只有不到10%能进入囊胚期。
哈钦斯说:“我们的研究结果表明，许多体外受精胚胎进入了类似衰老的状态，新陈代谢和基因表达的变化阻止了发育进程。对于一些胚胎来说，克服这种停滞状态似乎是可能的，但要确定实现这一目标的最佳策略，还需要做更多的工作。”
哈钦斯补充说:“人类胚胎在体外生长异常困难，这是治疗人类生育能力的一个主要问题。我们的研究表明，几个生物过程导致了这种停滞;包括胚胎中的表观遗传和代谢问题。”
原文检索：
Yang Y, Shi L, Fu X, Ma G, Yang Z, Li Y, et al. (2022) Metabolic and epigenetic dysfunctions underlie the arrest of in vitro fertilized human embryos in a senescent-like state. pLoS Biol 20(6): e3001682. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001682