一枚受精卵如何“变”成一只小鼠？

胚胎发育的过程就好比一场音乐会，不同的乐器（细胞）在特定的过程中发出不同的声音，共同完成一首完美协奏曲。

 

小鼠作为哺乳动物研究的模式动物，可用于帮助我们了解人类胚胎的发育。虽然小鼠胚胎发育的时间短于人类胚胎发育的时间，但小鼠与人的胚胎发育的过程非常相似，仍有很多可以类比的地方。那么小鼠出生前的命运是怎样的呢？

图1.小鼠与人类胚胎发育对比（TS:Theiler Stage,CS:Carnegie stage）

 

卵裂

如果说受精是一个生命的开始，那么卵裂就是发育的第一步，合子经过2细胞、4细胞、8细胞、16细胞这种逐级分裂形成卵裂球。

 

2细胞期发生合子基因激活。8细胞期开始逐渐致密化，卵裂球变得扁平，彼此之间得接触增加，细胞的发育潜力逐渐被抑制开始分化（最早的分化事件），这一过程称桑葚形成。

 

16细胞时期时，最终导致两种截然不同的细胞系出现：内细胞团(ICM)和滋养外胚层(TE)，排列在胚胎内的细胞产生ICM，而外层的细胞产生TE，形成小的囊胚腔，此时的囊胚腔很小不宜看见，为早期囊胚；直到晚期囊胚，可以看到明显完整的囊胚腔和内细胞团。当内部细胞团的一小部分发育为胚胎时，滋养外胚层将分化为胚胎的附加结构，如胎盘，它是母体为胚胎提供营养的通道。在这个阶段的胚胎称为胚泡。

 

到发育的第5天，胚泡从透明带中孵出，准备植入子宫壁，孵出过程在脱离子宫环境的体外也能发生。植入时，子宫腔增大，子宫壁紧密闭合，使子宫腔密闭，子宫上皮表面的变化使之接受胚泡附着。

 

合子基因激活

​哺乳动物配子受精前，其基因组处于无转录活性状态。受精后，遗传物质融合并形成合子,进一步发育成新的个体。受精卵基因表达受合子基因激活（ZGA）调控，不同物种ZGA的发生时间不同。小鼠中ZGA开始于2细胞期，而人类则为4-8细胞期，在ZGA之前，胚胎依赖于蛋白质和卵母细胞发生期合成的mRNA。

图3 小鼠胚胎发育从受精到原肠胚形成阶段模式图

 

原肠运动

在早期胚胎发育中，有一个非常重要的时刻--原肠运动，通过这个运动，体内所有细胞最终将走向特定的命运。原肠运动是胚胎剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠胚形成期间（受精6.5天开始形成），囊胚细胞彼此之间的位置发生变动，形成由三胚层细胞（即内胚层、中胚层和外胚层）构成的胚胎结构，这一过程又被称为“生殖层形成”。

 

内胚层会形成内生殖层，中胚层具有多能性，它将形成肌肉、结缔组织、血管、肾脏和其它参与分泌和渗透调节的器官、骨骼等。囊胚剩余的内皮外壁、外胚层能够形成外表皮、感觉器官和神经系统。

 

一般而言，原肠期标志着胚胎决定已不可逆，从此细胞将沿着各自的发育途径义无反顾的走下去。在出生的前几天，器官继续形成，胚胎的体积逐渐增大。从交配受精开始，受精卵一般需经19-20天的发育形成幼鼠。

图4.小鼠从受精卵到出生前发育特征(详见http://www.emouseatlas.org/emap/ema/theiler_stages/StageDefinition/stagedefinition.html）

 

小贴士
 

人类胚胎发育分期

人类的胚胎期可分为23个Carnegie stages，Carnegie是美国一家历史研究所的名称，该研究所对这些发育阶段进行了分类。Carnegie stages是基于脊椎动物胚胎的外部和内部形态发育，而不是直接依赖于年龄或大小划分的。由于这一阶段适用于所有脊椎动物，而且大多数脊椎动物胚胎在胚胎期发育的方式基本相同，因此我们可以直接比较不同物种的发育时间。


图5 小鼠、大鼠和人类胚胎发育Carnegie stages比较

小鼠胚胎发育分期
小鼠胚胎可以根据多种标准进行分期，其中最普遍的是泰勒在《The House Mouse: Atlas of Mouse Development》(Springer-Verlag, New York, 1989)中所描述的分期标准，也就是Theiler Stage。但是Theiler Stage过于宽泛，无法区分早期发育的许多重要阶段，因此常常辅以其他标准，如细胞数、体节数等。




图6 小鼠各个Theiler Stage影像

 

我们今天简要介绍了小鼠胚胎发育的过程，但是新生命孕育的神奇之处在于，它不仅仅是一个受精和胚胎发育的过程来完成的，追溯源头，从原始生殖细胞的起源和迁移，到性别决定，再到精子以及卵母细胞的发生，无一不是新生命孕育的必备过程。不禁感叹大自然的奇妙，一个生命发生，下一个生命便已经开始孕育。

 

南模生物秉承“编辑基因，解码生命”为己任，聚焦生命科学研究和新药研发领域。通过以CRISPR/Cas，ES细胞打靶等基因编辑技术的应用创新为先导，打造了以模式生物基因组精准修饰、基因功能表型分析、药物筛选与评价为核心的技术平台，构建了覆盖人类基因的活体模型资源库，为人类基因组功能诠释、疾病发病机制阐明和新药新靶点发现提供相应的研究模型和技术手段，助力科研单位、创新药公司及CRO公司提升研发效率和创新水平。

 

目前累计构建1万多种各类基因修饰动物模型，还可提供以下遗传育种相关技术服务：ModelBooster快速繁育服务，自然繁育服务，饲养服务，动物房委托管理服务，冻存、保种、复苏、生物净化服务，鉴定服务，兽医服务等。

 

对我们的服务感兴趣？

快来拨打400-728-0660或通过南模生物公众号在线咨询和专业技术人员联系吧！

​

参考资料及图片来源：

1. 安德拉斯·纳吉. 小鼠胚胎操作实验手册(原著第三版)[M]. 化学工业出版社,2006.

2. Takaoka K, Hamada H. Cellfate decisions and axis determination in the early mouse embryo [J]. Development, 2012, 139(1):3-14.

3. Theiler K . The House Mouse [M].Springer Berlin Heidelberg, 1989.

4. https://embryology.med.unsw.edu.au

5. http://www.emouseatlas.org/emap/home.html