哺乳動(dòng)物胚胎滯育及其調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

劉俊 張培君 李松海

（1 中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所，海洋哺乳動(dòng)物與海洋生物聲學(xué)研究室，三亞 572000）

（2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

1 胚胎滯育的生物學(xué)意義及外部環(huán)境誘導(dǎo)因素

胚胎滯育是動(dòng)物在著床前胚胎發(fā)育可逆性暫停的一種狀態(tài)，也稱為不連續(xù)發(fā)育，迄今已有160 多年的研究歷史，胚胎滯育在早期研究中稱為“延遲著床”(Delayed implantation) (Lopeset al.,2004)。Ziegler (1843) 和Bischoff (1854) 發(fā)現(xiàn)歐洲狍(Capreolus capreolus) 交配后，與正常的胚胎發(fā)育過程不同(圖1)，在胚胎著床前會(huì)有很長(zhǎng)一段時(shí)間的“靜止期”，“靜止期”內(nèi)囊胚幾乎停止發(fā)育，度過這段“靜止期”后，囊胚正常著床，因此有了“延遲著床”一說。

圖1 哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育模式示意圖(參考Renfree and Fenelon,2017;Shahbazi,2020)Fig. 1 Schematic diagram of mammalian embryo development (re‐ferred from Renfree and Fenelon,2017;Shahbazi,2020)

在1980 年第二屆胚胎滯育研討會(huì)上，科研人員一致決定統(tǒng)一采用“胚胎滯育”來描述這個(gè)狀態(tài)(Flint and Renfree, 1981)。胚胎滯育主要分為兩種類型，兼性滯育和專性滯育。兼性滯育通常發(fā)生于幼仔出生后哺乳期與交配期重疊的物種中，如有袋目(Marsupialia)、嚙齒目(Rodentia) 和鼩鼱科(Soricidae) 中(Hill, 1900; Brambell, 1935; Sel‐wood, 1980; Renfree, 1981; Gilbert, 1984; Nelson and Goldstone, 1986; Hodaraet al., 1989; Ward,1990; Newkirket al., 1997; Smith, 1998; Johnson and Delean, 1999; Delean and Johnson, 2002)；專性滯育通常出現(xiàn)于有著嚴(yán)格季節(jié)性繁殖的物種中，主要受季節(jié)性光周期影響，如美洲水貂(Neovison vison)、歐洲狍和絕大多數(shù)的海獅科(Otariidae)、海豹科(Phocidae) 動(dòng)物等(Ziegler, 1843; Bischoff,1854; Harrison, 1963;Atkinson, 1997)。但專性滯育也有特殊案例——翼手目(Chiroptera)。某些翼手目動(dòng)物，如伏翼(Pipistrellus pipistrellus)、大鼠耳蝠(Myotis myotis) 和腫鼻蝠(Corynorhinus rafin‐esquei)，其胚胎滯育受溫度調(diào)控(Mead,1993)。胚胎滯育廣泛存在于嚙齒目、食肉目(Carnivora) 和有袋目中，偶存于鯨偶蹄目(Cetartiodactyla)、真盲缺目(Eulipotyphla)、披毛目(Pilosa)、翼手目和有甲目(Cingulata)，目前科研人員已在130 余種哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了胚胎滯育現(xiàn)象(表1)。

表1 已知有胚胎滯育的哺乳動(dòng)物(數(shù)據(jù)主要參考Fenelon et al.,2014a;Renfree and Fenelon,2017;Deng et al.,2018)Table 1 Mammals that were reported to have embryonic diapause(Data is mainly referred and modified from Fenelon et al.,2014a;Renfree and Fenelon,2017;Deng et al.,2018)

胚胎滯育的生物學(xué)意義是讓后代出生在最有利于生存的環(huán)境下，以提高后代的存活率(Fenel‐onet al., 2014a; Renfree, 2015)。兼性滯育的小鼠(Mus musculus) 在哺乳期發(fā)生交配受精，為了保證胚胎營(yíng)養(yǎng)供給不受哺乳影響，早期胚胎會(huì)在較高水平的催乳素刺激誘導(dǎo)下進(jìn)入胚胎滯育狀態(tài)(Renfree and Fenelon, 2017)；專性滯育的歐洲狍利用胚胎滯育度過寒冷和缺乏食物的冬天，讓后代出生在萬物復(fù)蘇的春季以保證幼獸在生長(zhǎng)過程中的食物供給，提高后代存活率(Mead,1993)。

胚胎滯育的外部誘導(dǎo)因素主要包括哺乳、營(yíng)養(yǎng)、應(yīng)激、光周期和溫度等。兼性滯育一般由哺乳引起，滯育時(shí)間長(zhǎng)短取決于吮吸母乳幼仔的數(shù)量，一般持續(xù)1~14 d (Weichert, 1940; Mantal‐enakis and Ketchel, 1966; Pritchett-Corninget al.,2013)。此外，如果生存環(huán)境壓力增大，如生活環(huán)境擁擠或者引入新的雄性競(jìng)爭(zhēng)者，激發(fā)了動(dòng)物的本能應(yīng)激反應(yīng)，也會(huì)誘發(fā)嚙齒動(dòng)物的兼性滯育(Marois, 1982)。光周期是專性滯育的重要調(diào)控因素。如春分后，白晝的延長(zhǎng)會(huì)誘導(dǎo)北半球的鼬科(Mustelidae) 動(dòng)物終止胚胎滯育(Pear‐son and Enders, 1944)。然而，光周期調(diào)控對(duì)不同物種的作用也可能相反，如隨著日照時(shí)間逐漸減少，海豹科動(dòng)物則會(huì)選擇終止其胚胎滯育(At‐kinson, 1997)。也有研究證明，光周期調(diào)控與松果體密切相關(guān)，松果體(分泌褪黑激素，抑制垂體促卵泡激素和黃體生成素的分泌) 的活動(dòng)隨著光照的變化表現(xiàn)出明顯的周期性。Bonnefond 等(1990) 通過切除松果體并人為控制褪黑素持續(xù)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了松果體在維持美洲水貂胚胎滯育中具有重要作用。同時(shí)，溫度在調(diào)控翼手目胚胎滯育中具有顯著作用(Wimsatt, 1975)；而食物營(yíng)養(yǎng)則會(huì)對(duì)歐洲獾(Meles meles) 的滯育時(shí)間產(chǎn)生影響(Fergusonet al., 1996)。

2 胚胎滯育的激素調(diào)控

通過大量研究，科研人員已初步建立滯育物種的激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)為胚胎滯育的發(fā)生、維持和再激活取決于催乳素、孕酮或者雌激素的相對(duì)水平。但存在一個(gè)特殊案例——?dú)W洲狍，其胚胎滯育不受催乳素、孕酮和雌激素相對(duì)水平的調(diào)節(jié)(Drewset al., 2019)。不同哺乳動(dòng)物物種間胚胎滯育的激素調(diào)控方式存在明顯差異，下面本文通過模式物種來討論兩種滯育類型的調(diào)控機(jī)制。

2.1 兼性滯育的激素調(diào)控

兼性滯育在嚙齒動(dòng)物中較為常見(表1)，研究的模式物種為小鼠和大鼠(Rattus norvegicus)。雌性小鼠通常會(huì)在分娩后繼續(xù)與雄性交配，受精卵在交配后的第4 天發(fā)育至囊胚階段(Mclaren,1968;Harper, 1982)，母鼠哺乳會(huì)引起催乳素水平升高，催乳素的增加會(huì)抑制懷孕小鼠雌激素的激增，導(dǎo)致囊胚進(jìn)入滯育(Psychoyos, 1974; Renfree and Fe‐nelon,2017)(圖2)。

圖2 小鼠兼性滯育的激素調(diào)控Fig.2 Hormone regulation of facultative diapause in mouse

在懷孕小鼠雌激素激增之前，人工切除卵巢和注射雌激素受體抑制劑都會(huì)導(dǎo)致囊胚延遲著床(Weitlauf and Greenwald, 1968; Pariaet al., 1993) 。小鼠囊胚的再活化(終止胚胎滯育) 也可通過人工手段實(shí)現(xiàn)，有3 種方式：(1) 通過注射多巴胺激動(dòng)劑溴隱亭(Bromocriptine)，抑制催乳素的釋放，使囊胚再活化(Flint and Renfree,1981)；(2)通過移除幼仔使卵巢中出現(xiàn)短暫的雌激素激增，刺激囊胚再活化(Psychoyos, 1974; Deyet al., 2004)；(3) 注射雌二醇也能使囊胚再活化(Yoshinaga and Adams,1966;Mclaren,1968)。雖然催乳素和雌激素都是小鼠和大鼠胚胎滯育的重要調(diào)控因子，但只有雌激素能激活滯育的囊胚。

2.2 專性滯育的激素調(diào)控

專性滯育在食肉動(dòng)物中較為常見(表1)。專性滯育研究的模式物種是美洲水貂(Fenelonet al.,2017a,2017b)。美洲水貂為馴化物種，相比其他專性滯育的食肉動(dòng)物，如海豹科、熊科(Ursidae) 動(dòng)物和野生鼬等，更容易獲得實(shí)驗(yàn)樣本，控制實(shí)驗(yàn)操作。

在迄今發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)專性滯育動(dòng)物中，胚胎滯育主要受光周期的季節(jié)性變化調(diào)控(Pearson and Enders, 1944; Mead, 1971;Atkinson, 1997)。美洲水貂的交配時(shí)間大約在每年2 月底到3 月初，此時(shí)晝短夜長(zhǎng)，而夜間動(dòng)物褪黑激素水平較高，導(dǎo)致催乳素水平低，囊胚進(jìn)入滯育；春分后隨著日照時(shí)間增加，褪黑激素水平降低，催乳素增加，隨后卵巢孕酮合成增加，滯育終止(Murphy and James,1974;Murphyet al.,1981)(圖3)。研究發(fā)現(xiàn)只有催乳素能實(shí)驗(yàn)性終止美洲水貂滯育，孕酮和雌二醇不具有相同效果(Papkeet al.,1980;Murphyet al.,1981; Stouffletet al., 1989)。由此說明，催乳素是控制美洲水貂胚胎滯育的關(guān)鍵激素。

圖3 食肉動(dòng)物專性滯育的激素調(diào)控(參考自Lopes et al., 2004；Murphy,2012；Deng et al.,2018，有修改)Fig.3 Hormone regulation of obligate diapause in carnivore(referred and modified from Lopes et al., 2004; Murphy, 2012; Deng et al.,2018)

2.3 兩種滯育模式同時(shí)存在的激素調(diào)控

與其它有袋動(dòng)物不同，生活在南半球的尤金袋鼠(Macropus eugenii) 是有袋動(dòng)物胚胎滯育中最特殊的物種，同時(shí)具有兼性滯育和專性滯育2種類型，這2 種類型的滯育分布在不同的時(shí)間段(Tyn‐dale-Biscoe and Renfree, 1987)。尤金袋鼠2 種類型的滯育都是由高濃度水平的催乳素引起(Hinds,1989;Hinds and Tyndale-Biscoe,2013)。滯育時(shí)，首先啟動(dòng)的是兼性滯育。尤金袋鼠通常在1月(南半球)交配和妊娠，哺乳幼仔會(huì)促進(jìn)母體催乳素的釋放，高水平的催乳素會(huì)抑制黃體分泌孕酮，囊胚進(jìn)入滯育。若在1—5 月幼仔丟失，這種催乳素抑制作用消除，黃體釋放孕酮重新激活胚胎(Hinds and Tyndale-Biscoe, 1982, 2013; Hinds, 1989)。兼性滯育結(jié)束后，胚胎仍會(huì)處于滯育狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)入光周期誘導(dǎo)的專性滯育模式，直到南半球夏至日(12月21—22日)之后，日照時(shí)間慢慢縮短，褪黑素濃度增加，催乳素濃度受到抑制，孕酮抑制解除，囊胚再激活，滯育時(shí)間長(zhǎng)達(dá)11 個(gè)月(Renfree,1994)(圖4)。

圖4 尤金袋鼠滯育模式的激素調(diào)控(參考自Lopes et al., 2004 和Deng et al.,2018，有修改)Fig.4 Hormone regulation of embryonic diapause in tammar wallaby(referred and modified from Lopes et al.,2004;Deng et al.,2018)

盡管催乳素在美洲水貂和尤金袋鼠的胚胎滯育中起關(guān)鍵調(diào)控作用，但在2 個(gè)物種中的作用卻相反。在美洲水貂中，催乳素在滯育期間刺激黃體分泌孕酮；而在尤金袋鼠中，催乳素抑制黃體分泌孕酮(Murphy and James, 1974; Murphyet al.,1981; Hinds, 1989; Hinds and Tyndale-Biscoe,2013)。

3 胚胎滯育的分子調(diào)控

3.1 概述

胚胎滯育的分子調(diào)控主要涉及子宮內(nèi)膜和囊胚之間多種因素和信號(hào)通路的協(xié)調(diào)，非常復(fù)雜。目前胚胎滯育研究大部分停留在生化層面，分子調(diào)控方面的研究有限，胚胎滯育的啟動(dòng)、維持和囊胚再激活的分子機(jī)制尚不明確(Shaw and Ren‐free, 1986; Renfree and Shaw, 2000, 2014; Murphy,2012;Fenelonet al.,2014a)，不足以系統(tǒng)闡述胚胎滯育的調(diào)控機(jī)制。最新研究表明，子宮分泌物中的多種小蛋白，包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、蛋白酶、激素、細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和轉(zhuǎn)錄因子，都有可能調(diào)控胚胎發(fā)育，使胚胎進(jìn)入或退出滯育(Renfree and Fenelon, 2017)。隨著轉(zhuǎn)錄組學(xué)開始應(yīng)用于胚胎滯育分子機(jī)制研究，Hamatani 等(2004) 分析了小鼠囊胚在滯育期和胚胎再激活時(shí)的基因差異表達(dá)情況，結(jié)果表明在20 000個(gè)基因中，存在229個(gè)差異表達(dá)基因，其中有80個(gè)基因在滯育期高表達(dá)，149個(gè)基因在囊胚激活時(shí)高表達(dá)，這些差異性表達(dá)基因的功能主要跟細(xì)胞周期、細(xì)胞信號(hào)和能量代謝途徑有關(guān)；研究還發(fā)現(xiàn)了一些特定信號(hào)通路，如肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子(heparin-binding epidermal growth factor, HB-EGF) 信號(hào)通路。在對(duì)美洲水貂胚胎滯育和早期再激活兩個(gè)時(shí)期轉(zhuǎn)錄組比較中，發(fā)現(xiàn)了94 個(gè)基因在囊胚激活時(shí)高表達(dá)(Fenelonet al.,2016)。

目前胚胎滯育分子機(jī)制的研究主要集中在3個(gè)物種：小鼠、美洲水貂和尤金袋鼠，分別代表了3 種不同類型的滯育方式。下面本文將從誘導(dǎo)和維持滯育、囊胚再激活和著床兩個(gè)方面分別闡述已有研究結(jié)果中不同分子因素的調(diào)控作用。

3.2 誘導(dǎo)和維持滯育

許多基因在胚胎的發(fā)育和滯育中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)在小鼠、美洲水貂和尤金袋鼠中都存在兩個(gè)潛在的候選基因：叉頭框O(forkhead box O,FOXOs) 亞家族和周期素依賴性激酶抑制因子1A (cyclin dependent kinase inhibitor 1A,CDKN1A)(圖5) (Hamataniet al., 2004; Fenelonet al., 2017b;Renfree and Fenelon,2017)。Lopes等(2004)推測(cè)細(xì)胞周期調(diào)控機(jī)制是通過有絲分裂阻滯控制哺乳動(dòng)物囊胚進(jìn)入滯育狀態(tài)，并通過有絲分裂的重新啟動(dòng)控制滯育的激活，滯育的啟動(dòng)和維持由CD‐KN1A表達(dá)引起，這種抑制因子會(huì)干擾細(xì)胞周期蛋白(E-cdk2) 的形成，可能誘導(dǎo)細(xì)胞在G0 或G1 期停止有絲分裂，并且FOXOs亞家族轉(zhuǎn)錄因子通過上調(diào)CDKN1A的表達(dá)維持這種作用。

圖5 胚胎滯育激活時(shí)子宮與囊胚之間分子信號(hào)的變化. 黃色區(qū)域的分子只在小鼠實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證，藍(lán)色和紅色區(qū)域的分子在小鼠和美洲水貂中已實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；綠色箭頭表示上調(diào)，紅色箭頭表示下調(diào)(參考Liu et al., 2012, 2017; Cha et al., 2013; Diao et al., 2015; Scog‐namiglio et al., 2016; Fenelon et al., 2017b; Li et al., 2017; Renfree and Fenelon,2017)Fig. 5 Changes in molecular signals between uterus and blastula dur‐ing activation of embryonic diapause. Molecules in the yellow region have been tested only in mice, while those in the blue and red regions have been tested in mice and minks. The green arrow means up-regula‐tion and the red arrow means down-regulation (referred from Liu et al., 2012, 2017; Cha et al., 2013; Diao et al., 2015; Scognamiglio et al., 2016; Fenelon et al., 2017b; Li et al., 2017;Renfree and Fenelon,2017)

古老又高度保守的肌節(jié)同源盒基因Msx1和Msx2是調(diào)控滯育的兩個(gè)關(guān)鍵因素，Msx1和Msx2基因的表達(dá)與子宮腔上皮細(xì)胞極性改變有關(guān)，并通過Wnt5a(wnt family menber 5A) (Wnt 家族中的重要成員之一，Wnt 信號(hào)通路參與成體細(xì)胞增殖、分化和凋亡過程)的介導(dǎo)來影響鈣粘附蛋白(E-cad‐herin)和b-連環(huán)蛋白(b-catenin)的形成，從而影響子宮接受能力(Daikoku,2011)。在小鼠、美洲水貂和尤金袋鼠胚胎滯育期間，Msx1或Msx2基因在胚胎滯育期持續(xù)表達(dá)，囊胚再激活和著床后表達(dá)量迅速下調(diào)(圖5)，并且小鼠子宮中Msx1和Msx2基因被條件性敲除后，小鼠將不能進(jìn)入滯育和再次激活(Chaet al.,2013)。

miRNA 通過與mRNA 的交互作用間接影響基因表達(dá)，因此也可能參與調(diào)控胚胎滯育。研究發(fā)現(xiàn)在小鼠胚胎滯育期間和重新激活后至少有45 個(gè)miRNA 差異表達(dá)，其中38 個(gè)miRNA 在滯育期表達(dá)上調(diào)(Liuet al., 2012)。值得注意的是小鼠通過增加Mirlet7a-1(microRNA let7a-1) 的豐度來調(diào)控Dicer 酶(核酸內(nèi)切酶) 和整合素b3 (Integrin-b3) 的表達(dá)，從而達(dá)到抑制囊胚著床的目的(Liuet al.,2012; Cheonget al., 2014) (圖5) ，并且Mirlet7a-1的靶基因參與調(diào)控細(xì)胞增殖(Gurtanet al.,2013)。

溶血磷脂酸受體3 蛋白(LPAR3) 是溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid, LPA) 的第三個(gè)G 蛋白偶聯(lián)受體，研究顯示Lpar3基因的缺失會(huì)導(dǎo)致孕酮信號(hào)(雌激素信號(hào)) 的比例增加，使小鼠囊胚延遲著床(Diaoet al.,2015)(圖5)。

3.3 囊胚再激活和著床

表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor, EGF)家族在囊胚的再激活過程中起著重要作用。肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子(HB-EGF) 是EGF 家族成員之一，已有研究顯示HB-EGF在小鼠滯育后激活時(shí)期的子宮內(nèi)膜中有表達(dá)(Daset al., 1994)。近幾年，新的研究發(fā)現(xiàn)EGF 和HB-EGF 都會(huì)在美洲水貂和尤金袋鼠這兩個(gè)物種中表達(dá)，與滯育狀態(tài)相比，在胚胎再激活時(shí)HB-EGF 和EGF 的表達(dá)水平均顯著上調(diào)(Fenelonet al.,2017b)(圖5)。

血小板活化因子(platelet-activating factor,PAF)是一種通過血小板活化因子受體(platelet acti‐vating factor receptor,PTAFR) 發(fā)出信號(hào)的磷脂(Fe‐nelonet al.,2014b)。PAF普遍存在于已研究的真獸亞綱(Eutheria)動(dòng)物中，在胚胎著床前通過胚胎合成并釋放，如小鼠、兔子、羊、倉(cāng)鼠、人和有袋動(dòng)物(Ammit and O’Neill, 1991; Battyeet al., 1991;Minhaset al., 1993;Velasquezet al., 1995; O’Neill,2005;Fenelonet al.,2014b)。子宮內(nèi)膜PAF 的釋放受孕酮和雌二醇控制(Chamiet al.,1999)，PAF 和PTAFR可能參與囊胚的再激活(圖5) (Fenelonet al.,2014b)。

血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF) 是一種具有旁分泌機(jī)制的細(xì)胞生長(zhǎng)因子，能特異作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)其增殖及新生血管的形成，同時(shí)還有增加血管通透性的作用(Kecket al., 1989；Ferrara and Davis-Smyth,1997)。在美洲水貂子宮中VEGF亞型及其受體Flt-1和KDR在滯育激活后期和著床時(shí)表達(dá)量會(huì)顯著上調(diào)(圖5)，而且VEGF 的激活受前列腺素E2(PGE2)的調(diào)控(Lopeset al.,2003,2006)。VEGF 在小鼠囊胚著床前胚胎發(fā)育過程中起著關(guān)鍵作用，對(duì)囊胚細(xì)胞數(shù)量、著床率及胎兒肢體發(fā)育均有積極的影響(Binderet al.,2014)。

子宮內(nèi)膜蛻膜化和胚胎著床是成功生殖的關(guān)鍵。絲氨酸蛋白酶基因(Prss56) 在滯育期間不表達(dá)，僅在胚胎再激活時(shí)在子宮蛻膜化位置高表達(dá)(圖5)，HB-EGF 可在蛻膜化過程中通過表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor, EGFR)通路誘導(dǎo)Prss56基因的活化，參與小鼠子宮的蛻膜化(Liuet al.,2017)。

小鼠子宮中高遷移率族核小體結(jié)合結(jié)構(gòu)域2(high mobility group nucleosomal binding domain 2,Hmgn2) 是非組蛋白Hmgn 家族成員，與Prss56相似，Hmgn2基因在著床過程中表達(dá)增加(圖5)。在子宮腔上皮細(xì)胞中，通過特異性siRNA 沉默Hmgn2基因可降低黏附分子鈣粘蛋白1(Cdh1)、神經(jīng)鈣黏附蛋白(Cdh2)和β-連環(huán)素(Ctnnb1)的表達(dá)，而構(gòu)建性激活Hmgn2則表現(xiàn)出相反的效果，提示Hmgn2參與胚胎著床過程中的粘附反應(yīng)(Liet al.,2017)。此外，高遷移率族蛋白b1 (Hmgb1) (Aika‐waet al.,2019)、可溶性抗性相關(guān)鈣結(jié)合蛋白(Sor‐cin) (Guptaet al., 2018)、促微管蛋白聚合蛋白3(TPPP3) 和β-連環(huán)蛋白(β-catenin) (Shuklaet al.,2018)也是著床和建立妊娠所需的重要蛋白。

著床窗口期開關(guān)的調(diào)節(jié)是哺乳動(dòng)物成功妊娠的關(guān)鍵因素。孕酮通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Hand2(心臟和神經(jīng)嵴衍生物表達(dá)轉(zhuǎn)錄本2)的表達(dá)通過一系列反應(yīng)最終抑制小鼠子宮腔上皮細(xì)胞增殖，使小鼠子宮對(duì)囊胚具有接受性。囊胚附著在子宮腔上皮后，子宮內(nèi)膜蛻膜化開始，著床部位開始局部產(chǎn)生雌激素，然后通過胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白3(Igfbp3) 的作用進(jìn)一步加強(qiáng)胰島素樣生長(zhǎng)因子1(Igf1)的功效，促進(jìn)子宮腔上皮細(xì)胞增殖，使小鼠子宮轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙邮軕B(tài)，著床窗口關(guān)閉(Kobayashiet al.,2017)。

多胺(Polyamines)是廣泛存在于哺乳動(dòng)物組織細(xì)胞中的小分子有機(jī)化合物，其代謝的變化可能在誘導(dǎo)或維持滯育狀態(tài)上發(fā)揮作用(Fenelon and Murphy, 2019)。多胺來源豐富，可從氨基酸、腸道細(xì)菌、脫落的腸細(xì)胞和食物等途徑獲得，包括精胺、亞精胺、胍丁胺和腐胺等，它們都參與調(diào)控胚胎滯育。多胺在子宮腔上皮細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)和分化過程中發(fā)揮著重要作用。胚胎滯育期間，多胺的產(chǎn)量會(huì)受到抑制，從而抑制子宮腔上皮細(xì)胞的增殖分化，維持滯育。相反人為降低多胺的含量會(huì)使結(jié)束滯育的美洲水貂胚胎重新進(jìn)入滯育狀態(tài)(Fenelonet al.,2016;Hussainet al.,2017)?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)參與多胺合成的3 種酶的基因(ODC1、AZIN1和SAT1)在美洲水貂滯育期間的子宮和胚胎中表達(dá)水平都較低，從而抑制多胺的產(chǎn)生(Lefevreet al.,2011;Fenelonet al.,2016)，另有研究發(fā)現(xiàn)多胺的產(chǎn)生會(huì)受到鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarbox‐ylase,ODC，是多胺生物合成途徑中的第一個(gè)限速酶，能催化細(xì)胞內(nèi)鳥氨酸脫羧轉(zhuǎn)化成腐胺)的調(diào)控(Bachrach, 2010)。用二氟甲基鳥氨酸(difluoro‐methylornithine, DFMO) 抑制ODC1，可導(dǎo)致囊胚重新進(jìn)入滯育狀態(tài)(Lefevreet al., 2011)。在最近的一項(xiàng)美洲水貂研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)催乳素通過磷酸化信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子1 (pSTAT1) 或雷帕霉素靶蛋白(mTOR,一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，mTOR 信號(hào)通路具有促進(jìn)物質(zhì)代謝、參與細(xì)胞凋亡、自噬等功能)來誘導(dǎo)ODC1基因在子宮內(nèi)表達(dá)上調(diào)，從而提高子宮中多胺水平來結(jié)束滯育(Fe‐nelonet al.,2016)。此外，科研人員通過全局基因表達(dá)分析和腐胺離體實(shí)驗(yàn)證實(shí)了多胺對(duì)胚胎滯育的影響。同時(shí)，在小鼠中，科研人員發(fā)現(xiàn)通過抑制ODC1基因可以減少多胺合成(Fenelon and Mur‐phy, 2017)，且當(dāng)雌激素誘導(dǎo)胚胎重新激活時(shí)，多胺合成相關(guān)基因如ODC1、SAT1、SAMDC、AZI、SMS和SMOX在子宮基質(zhì)中上調(diào)(圖5) (Zhaoet al., 2008)。這些研究結(jié)果表明，子宮中多胺的代謝是胚胎滯育的關(guān)鍵影響因素。

內(nèi)源性大麻素(Endocannabinoid) 在調(diào)節(jié)小鼠胚胎滯育再激活過程中也有重要作用。有證據(jù)表明，大麻素(Anandamide/AEA,一種主要的內(nèi)源性大麻素)可通過大麻素受體(CB1)調(diào)節(jié)絲裂原激活蛋白激酶信號(hào)和鈣離子通道活性來調(diào)節(jié)囊胚的植入。低水平的大麻素能在不影響鈣離子通道活性的前提下通過絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-acti‐vated protein kinase, MAPK) 信號(hào)激活囊胚，而高水平的大麻素則會(huì)抑制鈣離子通道活性，不能激活囊胚(圖5)(Wanget al.,2003)。在綿羊(Ovis ari‐es)中大麻素通過CB1控制細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞增殖，使綿羊囊胚無法著床(Turcoet al., 2008)。另外大麻素還可以調(diào)節(jié)白血病抑制因子(leukemia in‐hibitory factor,LIF)水平(Maccarroneet al.,2002)。

LIF 是一種非常重要的細(xì)胞因子，該細(xì)胞因子參與滯育激活和囊胚著床的調(diào)控。在小鼠中，由于LIF的表達(dá)受雌激素控制，可以用它代替雌激素注射來誘導(dǎo)胚胎的著床和子宮脫膜化(Chenet al.,2000)。雌激素誘導(dǎo)LIF 調(diào)控子宮腔上皮的接受能力，LIF 結(jié)合跨膜受體復(fù)合物[由白血病抑制因子受體(LIFR) 和糖蛋白130 (GP130) 組成]，從而激活酪氨酸激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子(janus ki‐nase-signal transducer and activator of transcription,JAK-STAT) 信號(hào)通路來調(diào)控囊胚著床(Rosarioet al., 2014)。同時(shí)，LIF 可調(diào)控肌段同源盒基因Msx1，誘導(dǎo)一個(gè)對(duì)生殖至關(guān)重要的動(dòng)態(tài)、復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)(Rosarioet al.,2014;Rosario and Stewart,2016)。科研人員實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小鼠子宮在缺乏LIF 的情況下，囊胚會(huì)進(jìn)入滯育，而缺乏GP130 的囊胚不能存活(Stewartet al., 1992; Nicholset al.,2001)。子宮內(nèi)膜的LIF 在滯育期表達(dá)水平非常低，但在囊胚再激活期間，LIF 的表達(dá)水平會(huì)增加(圖5) (Bhattet al., 1991; Stewartet al., 1992; Songet al.,1998;Passavantet al.,2000)。

近些年，科研人員還發(fā)現(xiàn)了很多與囊胚發(fā)育和著床相關(guān)的分子。小鼠胚胎干細(xì)胞具有無限增殖而不喪失多能性的能力，而致癌基因Myc的缺失能使小鼠胚胎干細(xì)胞進(jìn)入一種休眠狀態(tài)，這讓人聯(lián)想到胚胎滯育(Shu and Pei, 2016)。致癌基因Myc在表達(dá)時(shí)會(huì)影響小鼠胚胎發(fā)育和胚胎干細(xì)胞功能，Myc缺失的小鼠胚胎干細(xì)胞表現(xiàn)出可逆的生物合成休眠和增殖停滯，并且在激素誘導(dǎo)的滯育胚胎中Myc表達(dá)量顯著降低(圖5)。含有致癌基因Myc突變的小鼠胚胎干細(xì)胞與滯育的胚胎有相似的特征，如代謝和生物合成減少等(Scognamiglioet al., 2016)。此外，在人工小鼠滯育模型中，朊病毒蛋白(PrPC)在囊胚著床時(shí)表達(dá)量顯著提高，PrPC的表達(dá)可被孕酮抑制而被雌激素上調(diào)，因此PrPC也可能在胚胎著床中起重要作用(Dinget al.,2018)。

4 結(jié)論與展望

胚胎滯育的產(chǎn)生機(jī)理及激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)比較明確。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，關(guān)于胚胎滯育分子機(jī)制的研究越來越多?，F(xiàn)有研究認(rèn)為哺乳動(dòng)物胚胎滯育的分子調(diào)控是子宮內(nèi)膜與囊胚之間多種信號(hào)分子復(fù)雜協(xié)調(diào)的結(jié)果。雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多與啟動(dòng)、維持和胚胎再激活相關(guān)的候選基因(Hamataniet al., 2004; Lopeset al., 2004; Zhaoet al., 2008; Chaet al., 2013; Fenelonet al., 2014b,2017b; Diaoet al., 2015; Hussainet al., 2017)，但胚胎滯育分子機(jī)制研究還處于入門及基礎(chǔ)知識(shí)的積累階段。要明確胚胎滯育的分子調(diào)控機(jī)制，需要有更多的實(shí)驗(yàn)性基因和物種支持。胚胎滯育策略是部分物種對(duì)所處生活環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果，同時(shí)也是物種趨同進(jìn)化的一種體現(xiàn)。物種趨同進(jìn)化的分子機(jī)制一直都是科研工作者研究的熱點(diǎn)，如翼手目和齒鯨(Odontoceti) 的回聲定位策略(Shenet al.,2012;Marcovitzet al.,2019)、海洋哺乳動(dòng)物的水環(huán)境適應(yīng)策略等(Footeet al., 2015; Liuet al.,2019; McGowenet al., 2020)。但到目前為止，胚胎滯育的研究方向主要集中在胚胎滯育不同時(shí)期調(diào)控因子的轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平上(如Hamataniet al., 2004; Zhaoet al., 2008; Lefevreet al., 2011;Rosarioet al.,2014;Fenelonet al.,2016,2017b;Ro‐sario and Stewart,2016)，尚未開展相關(guān)分子機(jī)制趨同研究。本文在回顧總結(jié)歸納哺乳動(dòng)物胚胎滯育研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出以下幾個(gè)較為迫切的研究方向：

(1)研究物種的擴(kuò)展。胚胎滯育的研究目前主要集中于幾個(gè)代表性的模式生物中(小鼠、美洲水貂、尤金袋鼠)，另外還包括兩個(gè)特殊類群——?dú)W洲狍和翼手目動(dòng)物。現(xiàn)有的激素調(diào)控理論及認(rèn)知是否能夠完全應(yīng)用于其它物種，尚不可知，因此需要進(jìn)行更多物種的研究，尤其是大型哺乳動(dòng)物，如熊科、海豹科動(dòng)物等。

(2)胚胎滯育趨同進(jìn)化分子機(jī)制研究。表型的趨同往往是基因趨同進(jìn)化的結(jié)果。高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展為生物趨同進(jìn)化分子機(jī)制研究提供了良好的技術(shù)支持。研究哺乳動(dòng)物胚胎滯育分子進(jìn)化機(jī)制及分子趨同，也為揭示物種進(jìn)化的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制和分子調(diào)控機(jī)制提供參考。

(3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在充分分析、探討、總結(jié)歸納胚胎滯育分子調(diào)控機(jī)制理論的基礎(chǔ)上，找到胚胎滯育各個(gè)環(huán)節(jié)(胚囊發(fā)育的停滯、維持、再激活)的關(guān)鍵基因及各基因的作用，通過基因編輯或敲除等手段實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證胚胎滯育的分子調(diào)控理論，形成完整的理論體系。