高清显微镜下，50%受精卵5天内夭折！清华揭秘生命‘戛然而止’的真相

生命这个神奇之所展现的非凡奇迹, 起始缘自一枚极其微小的受精卵。于科技这般持续不断发展的当下时日里 , 好多存在不孕不育状况的患者 , 纷纷把自身目光朝向试管婴儿这项技术 , 满心盼望它能够带来诸多更多的潜在可能性。然而呢 , 试管婴儿的成功概率迄今仍然是存有一定局限的。过往期间所开展的临床相关研究表明 , 在从受精开始直至囊胚得以形成的这5天特定窗口期范围之内 , 超过50%的人类受精卵会出现发育停滞的情况 , 进而没办法移植回到母体之内成功着床 , 这已然成为对妊娠造成限制的主要关键因素。

近日, 有一位身为清华大学生物医学交叉研究院助理教授兼北京生命科学研究所研究员的苏俊及其团队了搭建一台全球首台高通量双视野活细胞光片显微镜, 首次完整且清晰地拍摄下了有关这关键五天连续过程的高清画面, 还成功揭示了胚胎发育阶段“戛然而止”的两大核心原因, 而相关研究成果于近日在国际期刊《细胞》之上发表。

苏俊团队拍摄的着床前胚胎高清照片（清华大学供图）

在“黑暗”中观察生命第一步

直观来讲, 针对早期人类胚胎展开研究, 这情形犹如是要在绝对不会对“婴儿”睡眠形成干扰的状况下, 于一个漆黑的房间里为其拍摄一部时长五天的纪录片。这是由于着床前胚胎自身是无色且具备透光性的, 若要对其内部结构的精细动态予以观察, 那就得借助荧光标记以及激光激发来获取具备高对比度的图像。然而传统的显微镜, 要么是“光线过于强烈”进而会对胚胎造成损伤, 要么是“续航时长过短”以至于仅能拍摄一两天时间, 没办法涵盖完整的五天发育期去追溯“前因后果”。

为科学家们首次打开观察生命最初发育阶段高清“直播窗口”的设备, 也就是全球第一台高通量双视野活细胞光片显微镜, 是苏俊团队历时三年成功搭建的, 该设备实现了极低损伤、超长时间的连续观测。

胚胎“掉队”的两个关键时刻

借助这台显微镜来开展高通量的高清连续成像, 团队针对超过150枚人类以及食蟹猴胚胎之中的2000多次细胞分裂进行了系统分析, 结果最终获得了前所未有的全新发现, 呈现出了: 胚胎发育停滞并非毫无踪迹可寻觅, 而是集中于两个不一样的阶段, 且其原因也全然不同。

受精之后, 直至囊胚形成, 这期间有5天时间, 胚胎会历经多次卵裂, 先是一变二, 然后呢, 二变四, 接着四变八, 如此这般, 每次进行卵裂时, 细胞都得借助纺锤体, 把遗传物质, 也就是染色体, 平均分配到两个子细胞当中。

早期停滞发生在着床前, 是在3天内发生的, 其原因是染色体的“分配”出了错。研究发觉到, 当四分之一的胚胎在受精后的第二次细胞分裂时, 负责分配染色体的“纺锤体”这样的结构易于出现异常。存在这样的情况, 就如同是一台精密的“复印机”卡了纸, 这致使新细胞拿到手的遗传蓝图是不全的。如此这般的胚胎在经历分裂几次过后, 便会因为“图纸不对”而自动停止发育。

在着床前一天（也就是第4天）, 晚期停滞发生了, 其原因是蛋白质“工厂”罢工。有另外四分之一的胚胎, 能顺利度过前期分裂, 然而却在形成桑椹胚（即一个实心细胞团）之后停下了脚步。令人感到意外的是, 它们的染色体蓝图是良好的, 问题在于细胞内的“蛋白质工厂”——内质网出现了应激反应, 致使缺少了进一步发育成囊胚（这是可以着床的阶段）所需的关键蛋白质。

从“发现原因”到“寻找解药”

这项研究不仅“看清”了问题，更为未来的临床防治指明了方向。

有一种“染色体分配”问题呈现为第一种情况, 对此团队筛选出了一种候选药物, 该药物可使异常发生的比例从百分之六十降至百分之二十, 并且不会对正常的胚胎细胞造成影响。还有一种“蛋白质工厂”罢工问题属于第二种情况, 针对此团队正在借助新开发的小鼠胚胎模型来筛选有效的药物, 其目的在于为挽救桑椹胚阶段的停滞状况提供适用于临床的防治办法。

苏俊（右三）及其团队部分成员（清华大学供图）

苏俊表示, 我们的目标十分明确, 那便是透过基础科学的研究, 最终达成优生试管婴儿技术, 让临床妊娠成功率得以提高, 未来会带领团队持续深入钻研生殖医学领域, 进一步探寻人类胚胎从第6天至第14天期间发育的进程, 并且在这个根基之上构建更为高效、更为安全的胚胎着床后发育的评估体系以及提升胚胎着床的干预手段。

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