胚胎植入研究的回顾和展望

胚胎植入的成功与否是决定胚胎能否进一步发育的门槛. 人类对胚胎植入现象的观察和认识已经超过百年, 从早年胚胎植入的解剖学、组织学、超微结构, 到胚胎植入的激素调控认识, 再到最近10多年来的基因功能研究及基因组、蛋白组学的大规模分析, 我们对胚胎植入的生理和分子机制已经有了越来越深刻的认识; 同时, 这些知识积累为临床上开展和改进辅助生育技术起到了重要的推进作用. 目前我们已经知道, 胚胎植入能否正常发生, 一方面需要早期胚胎发育形成囊胚并获得着床能力, 同时子宫需要协同进入接受状态, 即所谓的植入“窗口期”. 这两个相对独立却又彼此联系的过程涉及母体全身的激素调控以及局部的胚胎与子宫间复杂的信息交流. 本文将围绕子宫和胚泡这二条主线对胚胎植入研究历史的一些重要事件进行回顾和阐述, 总结植入过程中已知的重要分子信号通路, 并提出该领域尚存的诸多有趣而重要的问题. 相信有关胚胎植入机理的进一步阐明将为女性不孕不育的治疗以及新型避孕药的开发带来新的曙光.     

Le~Y对小鼠胚泡和子宫上皮细胞分泌MMPs的影响

以单克隆抗体AH6 [特异结合LeY 寡糖 ,Fucα1_2Galβ1_4 (Fucα1_3)GlcNAc_]为工具 ,采用明胶酶谱法 ,研究细胞表面的LeY 寡糖抗原与着床期间小鼠胚泡和单层子宫上皮细胞分泌基质金属蛋白酶 (Matrixmetalloproteinase ,MMPs)之间的关系 ,从而进一步确定LeY 寡糖抗原在着床过程中的具体作用环节 .结果显示 ,不论子宫上皮细胞表面还是胚胎滋养层细胞表面的LeY 寡糖抗原被封闭后 ,都能导致MMPs的分泌减少 ,说明在LeY 寡糖抗原对胚胎着床过程的调节中 ,MMPs起着重要的作用 .认为LeY 寡糖抗原不仅参与胚泡和子宫内膜的识别 ,也通过某种机制调节胚胎着床的侵润过程     

时空解析免疫特征的蜕膜基质细胞介导妊娠早期子宫内膜微环境的建立和稳态维持

<正>哺乳动物中,完整的妊娠过程包括雌雄配子融合形成受精卵、经历多次卵裂、胚胎着床、子宫内膜蜕膜化、胎儿和胎盘发育最后成功生产^[1].妊娠初期,胚胎发育至成熟囊胚后发生着床的过程,是胚胎和母体的第一次接触.在着床的同时,母体子宫内膜细胞发生蜕膜化产生子宫内膜蜕膜细胞,与子宫内的免疫细胞、血管内皮细胞等一起组成子宫内膜蜕膜组织.该蜕膜组织为早期胚胎生长的物质交换、能量传递提供场所,同时也为胎盘发育建立基础^[2～5].研究表明,异常的子宫内膜蜕膜化与子宫内膜异位症、子痫、反复胚胎种植失败、复发性流产和早产等疾病密切相关^[6,7].因此,全面了解妊娠过程中子宫内膜中细胞的组成、分子动态变化和稳态建立对理解此类疾病发生发展至关重要.     

胚胎干细胞多潜能性维持的分子机制

分离于着床前胚胎内细胞团的胚胎干细胞是多潜能性细胞, 在胚泡注射后能产生3个胚层的所有细胞和组织类型. 在合适的培养条件下, 胚胎干细胞保持其多潜能性, 即维持其多向发育潜能及在不分化状态下的对称性细胞分裂能力. 胚胎干细胞的多潜能性是其得以广泛应用的基础. 胚胎干细胞可作为基因敲除或转基因动物的供体细胞、哺乳动物发育的体外模型和再生医学中进行细胞治疗的细胞库. 要实现这些目的, 必须建立化学成分明确的培养体系并在体外长期培养过程中保持胚胎干细胞的多潜能性, 同时应能够对其进行定向诱导分化. 因此, 理解和阐明胚胎干细胞多潜能性维持的分子机制是首要前提. 本文概述了该方面研究的最新进展, 包括LIF/STAT3, BMPs/Smads, canonical Wnt, TGFβ/activin/nodal, PI3K和FGF等信号通路以及oct4, nanog等多潜能性维持相关基因, 并对小鼠和人ES细胞多潜能性维持系统的调控机制及其差异进行了探讨. 进一步阐明这些信号通路和基因之间的相互作用以及胚胎干细胞多潜能性维持系统的调控机制将是未来胚胎干细胞研究领域的主要目标.     

着床前小鼠胚胎和子宫蛋白质的生化分析及鉴定

哺乳动物胚胎与子宫间的相互协调作用,是着床和维持妊娠的一个重要因素。已知妊娠信号(signal)具有两方面作用,对母体引起一系列的生理改变,并使胚胎和子宫局部引起同步的相互作用。例如着床前羊胚胎合成的信号物质,有延长母体的黄体功能,并使子宫内膜蜕     

人类胚胎着床过程首次被解析

<正>一枚受精卵长成一个婴儿,需在发育的第7天左右着床才能存活,这期间的人胚胎细胞无法获取,难以解析。近日,我国研究团队利用人工授精后的受精卵进行了人类胚胎体外模拟着床生长。他们利用高精度单细胞多组学测序技术,首次对单细胞分辨率绘制的转录组和DNA甲基化组动态变化过程进行了重构,再现了人类胚胎着床过程,绘制出基因表达调控网络和DNA甲基化动态"全景图"。     

胚胎干细胞自我更新相关信号转导途径及信号分子

胚胎干细胞(embryonic stem cells, ES cells)是从囊胚期内细胞团(inner cell mass, ICM)分离得到的, 在体外具有无限或较长期的自我更新能力, 并能在特定的诱导条件下分化成各种组织特异性细胞. 鉴于此种特性, ES细胞在临床上具有极其广阔的应用前景. 但是要将ES细胞成功的应用于临床, 必须解决的首要问题是胚胎干细胞是如何实现自我更新及定向分化的. 某些小鼠的ES(mES)细胞可以在LIF等外源性细胞因子的作用下在体外维持自我更新. 研究表明, LIF维持自我更新的能力是通过LIF-LIFR-JAK-STAT3途径实现的, 其中STAT3在该途径中起关键作用. Oct-3/4也是维持ES细胞多能性的重要分子之一, 它与其辅助分子Sox2, Rox-1共同参与调节胚胎的正常发育. Nanog是最近发现的一个同源盒转录因子, 被认为在ES细胞的全能性维持中起关键作用. 此外, BMP, Wnt, ERK途径也在这一过程中起重要作用. 本文中我们对近年来发现的有助于胚胎干细胞自我更新的相关信号转导通路做了概括综述, 主要有LIF-STAT3途径、Oct-3/4和Nanog信号分子. 虽然它们之间是通过怎样的模式相互影响和协调起作用还不是十分清楚, 但为我们以后的研究指明了方向.     

染色质结构稳定蛋白4的下调诱导肿瘤细胞进入滞育样状态:乳酸化及胞质分裂的协同调控

<正>胚胎滞育是许多哺乳动物面对恶劣环境时采取的一种生存策略.这种策略通过暂时停止胚胎的发育来提高在恶劣条件下的生存能力.在这种情况下,胚胎的增殖被抑制,着床过程被延迟. Dhimole等人^[1]最近的一项研究表明,肿瘤细胞在受到细胞毒性药物治疗时,会转变成类似于滞育状态,从而减少药物引起的细胞死亡.     

血管内皮生长因子在小鼠胚胎植入“窗口”的表达和功能

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是一种特异作用于血管内皮细胞,与血管生成密切相关的生长因子.目前已知VEGF参与胚胎植入及胚胎的血管发生. 但是仍不清楚VEGF在植入“窗口”期的表达情况和具体功能.实验应用离体和间接免疫荧光-激光共聚焦扫描等方法对VEGF在胚胎植入“窗口”的表达和功能进行了研究.研究发现, VEGF的分布在体外培养的处于植入“窗口”期的小鼠胚泡及其扩展的滋养层细胞和子宫上皮细胞单层上;VEGF抗体能够显著降低在体小鼠胚胎的着床数;在共培养体系中,VEGF抗体能够显著降低小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附率和扩展率, 此作用具有剂量依赖关系.实验表明,VEGF是一种在胚胎植入过程中起重要作用的细胞因子,VEGF可能作为植入胚胎及接受性子宫内膜之间的“局部介导者”(local mediator),参与母胎间的信息传递, 促进胚胎植入.     

整合素 aVβ3在小鼠胚胎植入中的作用

整合素是一类由a , b 亚基构成的异二聚体黏附分子, 能够调节细胞间的黏附和细胞通讯. 近期研究表明, 整合素αVβ3在胚胎"植入窗口"期能够参与母胎相互作用, 是子宫内膜接受性的标记分子, 同时决定胚胎侵入性. 就此作用机理作了进一步研究. 间接免疫荧光和激光共聚焦扫描 (confocal) 结果显示, 整合素αVβ3在小鼠胚泡中明显表达. 妊娠第3天小鼠子宫角注射αVβ3抗血清显著降低妊娠第8天子宫角的着床胚胎数 (P < 0.001). 在共培养体系中, 1∶100 和1∶200稀释度的整合素αVβ3抗血清对小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附和扩展有显著抑制作用. 相关分析显示, 整合素αVβ3抗血清的这种抑制作用具浓度/稀释度依赖性. 由此可见, 整合素αVβ3是小鼠胚胎植入子宫内膜中的必需因子, 它在"植入窗口"期的小鼠胚泡中明显表达, 能够通过作用于胚泡滋养层在子宫上皮细胞的黏附和扩展途径来调节胚胎植入过程.     

海洋模式动物海鞘及其脊索发育与调控

海鞘属于尾索动物,是与包括人类在内的脊椎动物进化距离最近的无脊椎动物.海鞘幼虫背部具有脊索,是无脊椎动物和脊椎动物的过渡类型,在研究脊椎动物起源和脊索动物进化中具有非常重要的地位.海鞘还是滤食性生物类群,在控制碳流向等海洋生态过程中起重要调节作用.海鞘卵及胚胎透明、身体结构简单、胚胎发育的细胞谱系明确,是镶嵌型发育的典型模式动物.最近,随着几种海鞘基因组的解析以及基因和胚胎操作技术、细胞生物学和实时影像等技术在海鞘生物学研究中的应用,海鞘发育生物学研究取得了令人瞩目的进展.本文阐述了尾索动物的进化地位和海鞘的生物学特征及其海洋生态学功能,概述了现阶段海鞘生物学研究的技术手段和可共享的遗传材料及基因等网络资源,着重论述了模式动物玻璃海鞘的特征器官脊索的起源与发生以及脊索管腔形成所经历的复杂细胞学过程和分子调控机制,总结了最近国内外海鞘生物学研究进展,提出了未来的发展方向以及需要开展工作的重要领域.     

整合素αVβ3在小鼠胚胎植入中的作用

整合素是一类由α、β亚基构成的异二聚体黏附分子,能够调节细胞间的黏附和细胞通讯,近期研究表明,整合素αＶβ３在胚胎“植入窗口”期能够参与母胚相互作用,是子宫内膜接受性的标记分子,同时决定胚胎侵入性。就此作用机理作了进一步研究。间接免疫荧光和激光共聚焦扫描（ｃｏｎｆｏｃａｌ）结合显示,整合素αＶβ３在不鼠胚泡中明显表达。妊娠第３天小鼠子宫角注射αＶβ３抗血清显著降低妊娠第８天子宫角的着床胚胎数（Ｐ〈     

绵羊体细胞克隆胚胎的异常DNA甲基化模式

以体外受精胚胎作为对照, 利用抗5-甲基胞嘧啶抗体免疫荧光法对绵羊体细胞克隆胚胎的基因组甲基化模式进行了分析. 实验结果表明: (ⅰ) 在着床前发育过程中, 体细胞克隆胚胎呈现出与体外受精胚胎类似的去甲基化趋势, 即在8-细胞期甲基化水平降到最低点, 紧接着在桑椹胚时又升高, 但是克隆胚胎的甲基化水平明显高于同一时期的体外受精胚胎, 特别在8-细胞期及其以后时期; (ⅱ) 克隆囊胚的甲基化模式与体外受精囊胚不同, 克隆囊胚的内细胞团(inner cell mass, ICM)和滋养层(trophectoderm cells, TE)甲基化水平相当, 而体外受精囊胚的内细胞甲基化水平低于滋养层. 研究结果表明, 与体外受精胚胎相比, 克隆胚胎的DNA甲基化重编程存在异常, 它可能是导致克隆胚胎发育失败的原因之一.     

ftsZ基因与质体的分裂

质体是植物细胞中一类重要的细胞器, 其正常分裂过程与植物细胞的分化和发育密切相关. 人们对于质体分裂的早期研究主要集中于质体分裂过程的形态学观察和对某些突变体材料的遗传学分析, 而对于控制质体分裂的分子基础尚无明晰的认识. 近年来, 随着原核细胞分裂基因类似物在植物中的发现以及对质体进化祖先原核生物细胞分裂机制的解析, 极大地促进了人们对质体分裂机制的认识. 通过对分裂相关基因的功能研究, 人们认为作为内共生产物的质体可能与其原核祖先具有相似的分裂机制, 特别是对在分裂过程中发挥关键作用的ftsZ基因功能的深入研究为人们从分子水平上认识质体分裂的机制奠定了坚实的基础. 本文对质体分裂的研究历史进行了简单的回顾, 并对近来质体分裂分子机制的研究进展做一简要评述.     

血管内皮生长因子在小鼠胚胎植入"窗口"的表达和功能

血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor ,VEGF)是一种特异作用于血管内皮细胞,与血管生成密切相关的生长因子,目前已知VEGF参与胚胎植入及胚胎的血管发生,但是仍不清楚VEGF在植入窗口期的表达情况和具体功能,实验应用离体和间接免疫荧光－激光共聚焦扫描等方法对VEGF在胚胎植入窗口的表达和功能进行了研究,研究发现,VEGF的分布在体外培养的处于植入“窗口”期的小鼠胚泡及其扩展的滋养层细胞和子宫上皮细胞单层上;VEGF抗体能够显著降低在体小鼠胚胎的着床数,在共培养体系中,VEGF抗体能够显著降低小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附率和扩展率,此作用具有剂量依赖关系,实验表明,VEGF是一种在胚胎植入过程中起重要作用的细胞因子,VEGF可能作为植入胚胎及接受性子宫内膜之间的“局部介导者”（local mediator),参与母胎间的信息传递,促进胚胎植入。     

ftsZ基因与质体的分裂

质体是植物细胞中一类重要的细胞器, 其正常分裂过程与植物细胞的分化和发育密切相关. 人们对于质体分裂的早期研究主要集中于质体分裂过程的形态学观察和对某些突变体材料的遗传学分析, 而对于控制质体分裂的分子基础尚无明晰的认识. 近年来, 随着原核细胞分裂基因类似物在植物中的发现以及对质体进化祖先原核生物细胞分裂机制的解析, 极大地促进了人们对质体分裂机制的认识. 通过对分裂相关基因的功能研究, 人们认为作为内共生产物的质体可能与其原核祖先具有相似的分裂机制, 特别是对在分裂过程中发挥关键作用的ftsZ基因功能的深入研究为人们从分子水平上认识质体分裂的机制奠定了坚实的基础. 本文对质体分裂的研究历史进行了简单的回顾, 并对近来质体分裂分子机制的研究进展做一简要评述.     

胚胎结纤毛运动的生物力学研究进展

纤毛是细胞的重要功能性细胞器,可感知细胞外的机械和化学信号,并协助信号传导引发细胞应答.在脊椎动物胚胎发育早期,胚胎结中存在若干旋转运动的单细胞纤毛,具有9+0的超微结构,即其轴丝主要组成表现为9个环绕排列的双联体微管.相邻双联体微管间的动力蛋白通过ATP水解为纤毛运动提供动力和控制,从而引起纤周流体的左向流动,进而引起胚胎对左右轴方向的感知.胚胎结纤毛的结构和功能异常会引起严重的发育障碍,其相关探索对理解脊椎动物的发育过程有着重要作用.自20世纪70年代起,越来越多的研究者对纤毛进行了多方面研究,本文从分子、细胞和细胞外流体3个层级,对这些研究进展进行了总结.     

分子动力学模拟研究穿透肽的跨膜机制及引导新肽设计

细胞穿透肽在体内缺乏细胞和组织专一性,使得这类载体的临床应用受到很多限制.成功设计各类疾病特异性靶向穿透肽的关键是充分认识这类多肽的跨膜分子机制.分子动力学模拟已逐渐成为开展该领域研究不可或缺的重要工具,与实验研究相互促进,对特异性靶向穿透肽的设计具有重要的指导作用.目前,利用分子动力学模拟主要开展的研究内容包括跨膜过程、跨膜自由能变化、多肽序列结构特征以及不同细胞膜组成如何影响其跨膜机制等.随着分子模型及增强采样方法的发展,单组模拟能够直接快速获取多肽跨膜自由能和构象变化.因此,分子动力学模拟对如何改造或设计细胞靶向穿透肽提供理论依据和指导,对改善药物跨膜能力、减少药物对其他健康组织的毒害等方面有着重要的科学和实际意义.     

貉早期胚胎核仁分化的研究

研究哺乳动物的早期胚胎发育对于体外受精和胚胎移植等技术的应用具有重要意义.早期胚胎发育中核仁的分化,是胚胎细胞基因活动的重要标志.最早期的哺乳动物胚胎发育是受母本的mRNA和蛋白控制的,而胚胎发育到一定阶段才开始表达自身的基因.因而,胚胎的早期发育就是一个从母本基因向胚胎基因控制转变的过程,也即基因差次表达的过程.不同种动物胚胎基因起动的时间是不一致的,如小鼠发生在2细胞期,牛为8细胞期,绵羊为16细胞期,而人为8—16细胞阶段.在貉早期发育胚胎基因表达的时间,尚不清楚.     

整合素 α Vβ 3在小鼠胚胎植入中的作用

整合素是一类由α , β 亚基构成的异二聚体黏附分子, 能够调节细胞间的黏附和细胞通讯. 近期研究表明, 整合素α Vβ 3在胚胎“植入窗口”期能够参与母胎相互作用, 是子宫内膜接受性的标记分子, 同时决定胚胎侵入性. 就此作用机理作了进一步研究. 间接免疫荧光和激光共聚焦扫描 (confocal) 结果显示, 整合素α Vβ 3在小鼠胚泡中明显表达. 妊娠第3天小鼠子宫角注射α Vβ 3抗血清显著降低妊娠第8天子宫角的着床胚胎数 (P < 0.001). 在共培养体系中, 1∶100 和1∶200稀释度的整合素α Vβ 3抗血清对小鼠胚泡在子宫上皮细胞单层上的黏附和扩展有显著抑制作用. 相关分析显示, 整合素α Vβ 3抗血清的这种抑制作用具浓度/稀释度依赖性. 由此可见, 整合素α Vβ 3是小鼠胚胎植入子宫内膜中的必需因子, 它在“植入窗口”期的小鼠胚泡中明显表达, 能够通过作用于胚泡滋养层在子宫上皮细胞的黏附和扩展途径来调节胚胎植入过程.