哺乳动物早期胚胎发育
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1069页（4360字）
动物胚胎发育涉及到生命的延续，是奥秘的生命现象的焦点之一，历来受到人们的关注。
早在公元前5～4世纪，希腊希波克拉底(Hippocrates)和亚里士多德(Aristotle)即观察了鸡、乌贼和蜜蜂的胚胎发育变化。可是，胚胎学真正形成一门独立的学科则是在17世纪以后。
直到19世纪40年代，A．von Kollicker发现精子是由精巢细胞形成的。1876年，O．Hertiwig在地中海海胆中观察到精子入卵和两个核结合的现象，这是对授(受)精作用最早的描述。
哺乳动物胚胎发育研究工作在取材和技术上难度较大。然而这方面的研究有着特殊意义，因为人类本身即属于哺乳动物，与人类关系密切的家畜也是哺乳动物。
因此．对哺乳动物发育生物学的研究不仅有重要的理论意义，而且与人类生存利益密切相关，它成为当前发育生物学中的主攻领域。
在哺乳动物中，小鼠是研究胚胎发育的理想材料。
特别是自1956年W．K．Whitten首次创用小鼠早期胚胎体外培养液之后，许多学者体外培养小鼠早期胚胎相继获得成功。这一技术上的突破性进展，有力地推动了哺乳动物早期胚胎发育的研究。
从卵受精到着床前这一时期的胚胎称为早期胚胎。在此发育时期，胚胎大体上可分为受精卵、2细胞、4细胞、8细胞、桑椹胚和囊胚几个发育阶段。
其中几个关键性的发育变化是受精和雌雄原核的形成与汇合、8细胞胚的挤紧作用、滋养层细胞的分化。
哺乳动物的卵子为均黄卵，物质分布比较均匀，无明显的极性，只是把极体所在的部位称动物极，相对的一侧称植物极。
在动物极有一无微绒毛区，亦无Con A结合部位，质膜下方无皮质颗粒，此区域约占细胞表面的20%，精子不在此区内入卵。精子入卵的部位是在植物半球。
受精后1～2h，卵排出第2极体；4．5～6．5h，形成雌雄原核；雌原核靠近第2极体，体积小于雄原核；8～10h开始合成DNA，持续4～8h(因品系而异)。与此同时，两个原核向中央汇合；约在22h发生第1次卵裂，在第1个细胞周期中G2+M的时间约为3～8h，细胞质分裂时间长约5～10min，第1次卵裂面与极体所在的部位一致。第2个细胞周期长约18～22h，其中S期4～7h，G2+M约12～15h。在第2次卵裂时，两个分裂球不同步分裂，一个较早，因而形成短时间的3细胞胚胎。第2个分裂球的分裂面与前一个的分裂面垂直，使4个分裂球呈十字交叉形排列。经过3次卵裂，胚胎进入8细胞阶段，这是哺乳动物早期胚胎发育的关键时期之一。胎盘动物胚胎在此阶段要发生挤紧作用，分裂球间接触面积扩大。灵长类的和人的胚的挤紧作用发生在16细胞阶段。
有袋类胚胎不发生挤紧作用。挤紧作用使分裂球之间不仅接触面加大，而且在接触面的质膜上装配成紧密连接和间隙连接结构，从而使胚胎内部与外界相通的细胞间隙被封闭，相邻细胞间建立通讯关系。
挤紧作用使胚胎发育为囊胚建立起结构基础。
学者们对挤紧作用的化学的和结构的变化做了较详细的研究，实验资料表明分裂球的表面和内部都发生明显变化，开始出现极性。胚胎经第4次卵裂变为桑椹胚(16细胞)，此次的卵裂面与细胞的游离面平行，外分裂球仍保持极性。第5次卵裂后，胚胎内部先分裂的细胞之间出现裂缝，此即囊胚腔的开始，这时胚胎的细胞数为30～34个。在其他胎盘动物中，囊胚腔出现的时期有所不同，大鼠胚和猪胚约在30个细胞时，家兔胚为128个细胞，仓鼠胚则为16个细胞，某些原始胎盘动物甚至要更早。
在囊胚中产生两种细胞，一种是在胚胎外周的扁形细胞，称为滋养层细胞；另一种位于胚胎内部，偏向囊胚腔的一侧的细胞群，称为内细胞团细胞。
胚胎本体是由内细胞团发育而成。
两种细胞系的产生是胚胎细胞的第1次分化。
Tarkowski等(1967)和Hillman等(1972)的研究资料表明，桑椹胚的表面细胞分化为滋养层细胞，内部细胞发育为内细胞团；他们主张，桑椹胚细胞的分化命运是由位置效应决定的，这就是所谓的内－外学说(inside-outside hypothesis)。另有实验资料证明，将桑椹胚细胞分散开重新聚集，被包围在内部的细胞全部分化为内细胞团，外围细胞分化成滋养层细胞。
虽然在桑椹胚中细胞的位置决定其分化命运，但在早期，细胞仍具有可塑性，在16细胞阶段把内部细胞移到胚胎外表则可发育成极性表型细胞。由于细胞的不对称分裂和细胞内微管分布，使桑椹胚的表层细胞出现极性，滋养层细胞系的产生与细胞的极化有关。
滋养层的重要功能是运输囊胚腔液和调节囊胚腔液的离子组成。滋养层细胞的顶面膜上有Na+通道，基侧膜上有Na+／K+ATP酶；经此酶的介导，滋养层细胞以主动运输的方式驱动液体穿胞进入囊胚腔，促使囊胚腔逐渐扩张。
在早期胚胎发育过程中，细胞的发育潜能有所变化。受精卵具有分化出各种组织发育为完整个体的潜能，这种能力称为全能性。
分裂球(相应发育阶段的1个分裂球)仍具有全能性。在囊胚阶段，滋养层细胞系只能分化出胚外外胚层组织，不能产生胚内组织，失去全能性。
可是中晚期囊胚内细胞团的原始外胚层细胞仍具有分化出各种组织的潜能，具有多能性。Evans和Kaulman(1981)即是利用内细胞团细胞的这一性质建立了可以在体外传代培养的小鼠多能胚胎干(ES)细胞。Eistetter(1989)用16～20细胞桑椹胚建立多能ES细胞亦获得成功。ES细胞具有胚胎细胞的性质，可分化出各种组织，包括生殖细胞，是制作嵌合体动物和转基因动物的理想材料，应用价值很高。
为了抑制ES细胞在体外培养过程中发生分化，需要有抑制分化的因子存在，因而必须使用成纤维细胞作为饲养细胞，但这却会增加操作技术的复杂性。最近发现，白血病抑制因子(LIF)可有效地抑制ES细胞的分化。LIF是一种糖蛋白，分子量为43×103。LIF的提纯和应用必将简化培养ES细胞的操作步骤，有利于ES细胞的广泛应用。
早期胚胎在基因组程序表达的调控下有条不紊地发育。对细胞中mRNA的定量和定性分析表明，调控机制是由母本转向胚胎的。
受精卵继承相当量的母本RNA，这些RNA是在卵母细胞发育中积存的，受精后被动用。在一细胞胚胎中，前体mRNA的合成极少，其蛋白质合成的信息主要来自贮存的母本mRNA。这些早期合成的蛋白质的主要功能是调节胚胎细胞核基因组的活动。在第1次卵裂之后，mRNA的含量迅即下降。在2～4细胞阶段，核仁分化，转录和翻译活动活跃，合成各种主要的RNA和组建细胞器的蛋白质成分。由于受精作用激发了胚胎发育，在不同阶段发生不同基因表达，合成不同的蛋白质产物。
8细胞阶段开始出现阶段专一胚胎抗原1(SSEA－1)；囊胚阶段，滋养层细胞的重要表型特征是合成细胞角质蛋白。早期胚胎中尚存在转录后和翻译水平的调节，其详细机理尚有待于进一步研究。
对哺乳动物早期胚胎发育规律的研究已获得许多成果，有的已陆续转化为生产力。
受精卵的基因导入技术导致“超级小鼠”的诞生，为结合遗传工程创造新种哺乳动物预示可能性。体外受精和胚胎体外培养技术，使试管婴儿和试管动物的孕育获得成功．为克服不孕症和促进家畜良种繁育提供了手段。胚胎移植、胚胎切割、胚胎冻存、性别鉴定等技术已在家畜良种繁育方面得到应用。
由此可见，围绕哺乳动物早期胚胎所创立的发育工程是在理论研究的基础上兴起的并形成一个活跃的研究领域，发展前途十分广阔，它必将为提高人类自身素质和创育新良种家畜做出更巨大的贡献。
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(山东大学韩贻仁教授撰)