中國科學家打開人類胚胎著床“黑匣子”

內蒙古廣播網 劉迅2019-09-02 06:32
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  我國科學家打開人類胚胎著床“黑匣子

  有人說,世界上最精妙和激動人心的事情莫過于生命的誕生。

  但并非所有人都有機會體驗這種美好,不少人被不孕癥困擾,胚胎著床失敗就是不孕的重要病因之一。精子和卵子相遇后的第七天,胚胎開始逐漸埋入母親的子宮組織,逐漸完成“胚胎著床”這一關鍵的發育過程。然而此前,著床的過程就像“黑匣子”,沒有人知道其中到底發生了什么,包括著床失敗在內等問題自然也無法解釋。前不久,中國的科學家打開了這個“黑匣子”。

  來自北京大學湯富酬與北醫三院喬杰聯合團隊的研究成果首次解析了人類胚胎著床的過程,繪制了一份解鎖“黑匣子”的“導航圖”。8月21日,國際頂級學術期刊《自然》雜志在線發表了該課題組名為《利用單細胞轉錄組和DNA甲基化組圖譜重構人類胚胎著床過程》的論文,引發國內外學者的高度關注。

 

  該論文的第一作者是湯富酬課題組的周帆,今年33歲,這是他繼2016年首次解析“造血干細胞起源”之后再度問鼎《自然》雜志。 “這次我們打開了人類胚胎著床過程的’黑匣子’,仔細查看了這一過程中的關鍵發育事件。”與3年前第一次在《自然》發表論文相比,他顯得從容淡定了許多。面對記者采訪,周帆坦誠地將自己近些年做科研總結的功夫秘籍和盤托出。

  繪制洞悉“黑匣子”的“導航圖”

  一個漂浮狀態的受精卵發育7天左右,就會長成足球狀的空心小球(囊胚),而人類胚胎著床的奧秘之所以一直沒有被揭開,是因為這一階段的人類胚胎幾乎不可能獲得。在實驗室培養人類胚胎技術成熟后,周帆看到了解鎖胚胎著床“黑匣子”的希望。國外科學家發現,人類胚胎在實驗室培養7天后,依舊可以繼續模擬發育一周左右,這多出來的一周,幫助科研人員打開了一個研究胚胎著床的時間窗口。

  周帆所在團隊對人工授精后的受精卵進行了人類胚胎體外模擬著床生長,在此基礎上,他們真正想要解析的,是胚胎中數萬個細胞在植入媽媽子宮的過程中到底是以何種機制發育,才使一個個細胞神奇地變成了胎兒的心臟、肝臟和皮膚,等等。

  在導師湯富酬教授的指導下,經過一年半密集的實驗,周帆和同事們一起在單細胞水平解析了數以萬計胚胎細胞的發育過程。“每顆細胞都有數萬個分子表達維度,我們結合多個分子表達維度對胚胎著床過程中的分子表達規律進行了深度分析”。

  周帆介紹,利用高精度單細胞多組學測序技術,通過實驗和分析,他所在團隊繪制出一張揭示人類胚胎著床過程的“導航圖”,并總結出多個重要結論。

  比如,他們揭示了單顆胚胎細胞在這一特殊發育階段的分子表達和潛在調控機制,“也就是細胞命運決定”的潛在規則,例如一顆細胞是如何決定發育成胚胎各類器官還是母胎聯結的胎盤。

  再如,他們發現,雖然是實驗室模擬發育,胚胎在發育7天之后依舊會發出“申請”信號,希望和母體產生聯結。

  又如,他們解析了雌、雄胚胎性染色體平衡的“細節”。周帆解釋,男性的性染色體由XY組成,女性的性染色體由XX組成,Y染色體幾乎不攜帶遺傳物質,而X染色體攜帶一千多個基因。為了達到男、女之間的物種平衡,在胚胎著床前夕,女性的XX染色體中有一條會呈現“失活”的傾向,也就是這條染色體上的基因傾向于不表達。“曾有科學家認為,為了使男女差異減小,女性的兩條X染色體各‘失活’一半,但我們的研究結果證明,是隨機‘失活’一整條” 。

  “有了這張精妙的導航圖,科學家們可以按圖索驥,進一步深度挖掘人類胚胎著床的奧秘。比如啟發生殖醫學,為有試管嬰兒需求的家庭帶來福音。”周帆說。

  十二字“內功心法”

  這次并非是周帆第一次挑戰“前無古人”的研究。2013年,在軍事醫學科學院附屬307醫院劉兵課題組攻讀博士的他就開啟了一個高難度課題——單細胞尺度追蹤造血干細胞起源。2016年,相關成果在《自然》雜志發表,轟動全球。此后,在導師的指導下,他逐漸總結出了自己做科研的格言——跟隨內心、用盡全力、順其自然,這12個字如“內功心法”般,又助他制造了如今的第二次轟動。

  “跟隨內心”是周帆做研究的基礎。在他看來,做科研首先要“不斷尋找自己喜歡的事”。“只有熱愛你做的工作,未來才有無限可能。但即便最后畢業時發現并不喜歡自己的專業,也是一個積極的信號,意味著你需要及時轉變思路和職業規劃。”