在人类生命的最初阶段，一个肉眼不可见的微小细胞团正在经历一场精密的“宇宙级工程”——从受精卵到完整人体的演化。这个小小的受精卵会经历一系列复杂而神奇的变化，最终形成我们熟知的个体。

一、胚胎研究的科学基础

胚胎发育是一个高度程序化的过程。胚胎从受精卵开始发育，经过基因组激活（zygotic genome activation，ZGA）、快速细胞分裂和谱系分化，最终形成囊胚，在这一过程中，囊胚内三谱系的形成——内细胞团（inner cell mass，ICM）、原始内胚层（primitive endoderm，PrE）和滋养外胚层（trophectoderm，TE）。科学家通过延时显微成像技术发现，这些细胞如同被写入精密代码，每个分裂动作都精确到分钟级别。

关键基因调控网络如同交响乐指挥，主导着发育进程。HOX基因控制身体轴向分布，Oct4、Sox2等全能性因子维持细胞分化潜能。2012年诺贝尔生理学奖得主山中伸弥正是受胚胎细胞启发，发现用特定转录因子可将普通细胞重编程为诱导多能干细胞。

二、模拟人类早期胚胎发育的重大突破

长期以来，由于人类胚胎研究的诸多限制，我们对早期胚胎发育的认识存在很多空白。然而，美国得克萨斯大学西南医学中心的吴军团队在《Cell》杂志上发表的最新研究，成功模拟了人类早期胚胎发育过程，为这一领域带来了曙光。

该团队使用一种特殊的“扩展潜能干细胞（expanded pluripotent stem cell，EPSC）”，这种干细胞不仅能分化为胚胎组织，还能分化为胚外组织，如卵黄囊和胎盘。在精心设计的实验条件下，这些EPSC转化为上胚层样细胞和下胚层样细胞，并展现出强大的自我组织能力，逐渐形成了与人类早期胚胎相似的结构——胚胎样结构（peri-gastruloids）。

这些胚胎样结构在形态和基因表达上与人类早期胚胎极为相似，出现了神经管形成、原条（primitive streak）形成等关键发育事件，高度模拟了人类胚胎在母体内的发育过程。通过单细胞RNA测序技术的深入分析，进一步验证了这种模型的有效性。这一研究成果，不仅为揭开胚胎发育的奥秘打开了新的窗口，也为再生医学和细胞治疗带来了全新的可能性。

三、从蛋白质动态层面解析胚胎发育失败原因

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心等多团队合作的研究从另一个角度为胚胎发育研究提供了新的见解。他们描绘了人类和小鼠着床前胚胎的深度蛋白质组景观图谱，从蛋白质动态层面找到了早期胚胎发育失败的原因。

研究团队首先改进了前期开发的CS-UPT超敏蛋白质组技术体系，在单枚人类卵细胞中鉴定出超过 4500 种蛋白质。通过对人类和小鼠卵细胞及着床前胚胎发育过程的蛋白质组分析，发现两者的蛋白质变化差异主要分为同步、延迟和稳定，其中蛋白质动态差异主要集中在合子基因组激活（ZGA）前后。

在整合早期胚胎转录组和翻译组信息后，研究人员对ZGA转录本进行分类，定义了增加型ZGA（I-ZGA）和瞬时型ZGA（T-ZGA）。其中，T-ZGA转录本产生的“ZGA-burst protein”在第一次谱系分化时期达到最高丰度，可能对第一次谱系分化调控起到重要作用。转录组分析显示，ZGA基因缺失虽不影响ZGA阶段基因表达，但会显著阻碍发育后期囊胚的形成，为ZGA如何调控第一次谱系分化提供了新证据。

四、胚胎发育研究的伦理与未来展望

前沿的研究成果令人振奋，但也引发了一系列伦理问题的讨论。例如，利用干细胞制造类胚胎结构，是否会模糊人类生殖的界限？对胚胎发育过程的深入干预，又是否符合伦理道德？目前，国际上有严格的伦理规范来约束相关研究，如国际干细胞研究学会（ISSCR）的干细胞研究和临床转化指南，确保研究在符合伦理的框架内进行。

展望未来，胚胎发育研究有望在多个领域取得更大突破。一方面，我们可能更深入地了解出生缺陷等发育障碍的根源，从而找到更有效的预防和治疗方法；另一方面，再生医学和细胞治疗领域也将因胚胎发育研究的进展而获得更多的理论支持和技术手段，为解决器官移植供体短缺等问题带来希望。

参考文献：

[1]Liu L, Oura S, Markham Z, Hamilton JN, Skory RM, Li L, Sakurai M, Wang L, Pinzon-Arteaga CA, Plachta N, Hon GC, Wu J. Modeling post-implantation stages of human development into early organogenesis with stem-cell-derived peri-gastruloids. Cell. 2023 Aug 31;186(18):3776-3792.e16.

[2]Zhu W, Meng J, Li Y, Gu L, Liu W, Li Z, Shen Y, Shen X, Wang Z, Wu Y, Wang G, Zhang J, Zhang H, Yang H, Dong X, Wang H, Huang X, Sun Y, Li C, Mu L, Liu Z. Comparative proteomic landscapes elucidate human preimplantation development and failure. Cell. 2025 Jan 17:S0092-8674(24)01470-3.