我國科學家重現猴子一生中“最重要的時刻”

文章來源:中新網
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發布時間:2019-11-04 20:41:12
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  科技日報記者 陸成寬

  英國著名發育生物學家路易斯·沃伯特曾說:“人一生最重要的時刻不是出生、結婚和死亡,而是原腸運動。”

  11月2日,中科院動物所召開新聞發布會,宣布了一項有關“原腸運動”的重大科學進展。

  

  中科院動物研究所和中科院昆明動物所的研究人員,借助團隊深耕多年建立的非人靈長類動物胚胎體外培養系統,將食蟹猴囊胚體外培養至原腸運動出現,并進一步發育至受精后20天,體外重現了非人靈長類動物胚胎原腸運動。相關研究成果在線發表于《科學》雜志上。

  該研究為了解靈長類動物早期胚胎發育過程奠定了重要的研究基礎,重現了猴子一生中“最重要的時刻”。

  那么,究竟什么是原腸運動呢?

  說來話長,哺乳動物交配后,精子和卵子結合,形成受精卵。受精卵在輸卵管中經一系列卵裂和分化形成囊胚。隨后,囊胚遷移至子宮進行著床。囊胚在子宮“安家”前后,它的部分細胞開始移動、重排和分化,啟動原腸運動,形成內、中、外三個胚層,也就是原腸胚。從囊胚發育到原腸胚的過程,就是原腸運動。

  “原腸運動是早期胚胎發育最特殊的階段,細胞會從幾百個直接增加到幾千、幾萬個。”中科院院士、中科院動物所所長周琪說道。

  原腸運動是包括人類在內的靈長類動物發育過程中的里程碑事件。“早期胚胎發育和原腸運動發生異常往往導致妊娠失敗和出生后器官缺陷等重大疾病。”論文通訊作者、中科院動物所研究員王紅梅說。

  然而,由于倫理限制,體外人類胚胎培養不能超過受精后14天,但靈長類動物原腸運動多發生在受精14天以后,所以生物學家一直對人類原腸運動“這一高光時刻”一無所知。

  

  揭開原腸運動的神秘面紗,選擇合適的模式動物必不可少。由于與類人遺傳與進化較為接近,食蟹猴被研究人員選為模式動物,避免了人類胚胎培養14天的倫理限制。

  在項目開展過程,研究人員研究建立了一個新的體外培養體系,能夠支持食蟹猴的胚胎在受精后在體外發育長達20天,首次證明靈長類動物胚胎可以在沒有母體支撐的情況下體外發育至原腸運動,并重現了靈長類動物早期胚胎發育的幾個關鍵事件。

  研究人員從形態學、標記分子染色和單細胞轉錄組等多個角度提供了充分的證據,證明體外發育的食蟹猴胚胎高度重現體內胚胎發育過程,包括形成清晰的羊膜腔以及卵黃囊結構,之后發生原腸運動,形成原條結構,同時伴隨前后軸結構的差異分化。在體外培養胚胎發育的第12-16天還能觀察到原始生殖細胞,這些特征是之前人類胚胎體外培養所未觀察到的。結合單細胞轉錄組測序分析,這項研究第一次提供了靈長類動物早期胚胎發育過程中羊膜細胞的基因表達特征,并重新定義了靈長類動物早期胚胎多種細胞類型。

  在王紅梅看來,該研究對探索靈長類動物早期胚胎發育和原腸運動開辟了嶄新研究平臺,為人類早期胚胎發育異常等重大疾病的臨床藥物研發和再生醫學的發展提供了潛在的新工具,為人類深入認識胚胎發育機制和體外孕育生命(非人)探索提供了重要數據。

  

  中國工程院院士、北京大學第三醫院院長喬杰在對這項研究進行點評時表示,猴子被認為是研究人類生理學和病理學的可靠動物模型,其植入后發育的體外培養體系的建立,為研究靈長類動物的植入后胚胎發育的過程提供了平臺,將大大提高我們對靈長類和人類早期胚胎發育的認識及相關疾病的了解,特別是為不良妊娠及胎兒畸形病因的探討奠定了很好的基礎。

  南京醫科大學生殖醫學國家重點實驗室教授沙家豪認為:“該研究利用胚胎體外培養技術,成功解析了靈長類早期原腸發生這一重要事件,是生殖醫學領域是一項重大的科研突破,同時這項技術的突破對于研究人類發育和疾病發生機制有著非常重要的意義。”

  文中圖片均由作者提供

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