代謝在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育中扮演著(zhù)遠超傳統認識的角色。長(cháng)期以來(lái)，代謝過(guò)程被簡(jiǎn)單視為提供能量和生物合成原料的管家功能，但越來(lái)越多的研究打破了這一固有認識，揭示了代謝調控作為胚胎發(fā)育主要驅動(dòng)力之一的重要地位。
2025 年 7 月 22 日，浙江大學(xué)基礎醫學(xué)院/浙江大學(xué)醫學(xué)院附屬第一醫院/良渚實(shí)驗室張進(jìn)教授團隊在 Nature Cell Biology 期刊發(fā)表了題為：Metabolic regulation of key developmental events during mammalian embryogenesis 的綜述論文。
該綜述全面總結了代謝調控在哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育的關(guān)鍵事件與過(guò)程中的作用，挑戰了傳統觀(guān)念中代謝僅作為發(fā)育過(guò)程被動(dòng)支持者的認識，文章深入討論了特定的代謝物小分子和代謝途徑不僅能為胚胎發(fā)育提供能量和生物合成前體，更直接參與發(fā)育事件的時(shí)空調控，主動(dòng)塑造胚胎的命運決定和形態(tài)發(fā)生。這一認識為理解諸多發(fā)育異常和生殖障礙提供了新視角，也為輔助生殖技術(shù)的優(yōu)化提供了理論基礎。
根據胚胎發(fā)育的時(shí)間順序，該綜述系統性地討論了代謝調控對于每個(gè)胚胎發(fā)育關(guān)鍵事件的獨特作用。包括胚胎早期發(fā)育的代謝需求：二細胞期前的胚胎對于代謝環(huán)境與氧化還原平衡存在嚴格的需求，丙酮酸的存在是早期胚胎發(fā)育的必要條件，這與丙酮酸在維持氧化還原平衡中起著(zhù)至關(guān)重要的作用相關(guān)；代謝重塑驅動(dòng)合子基因組激活：線(xiàn)粒體TCA 循環(huán)相關(guān)的酶在 ZGA（zygotic genome activation）期間以丙酮酸依賴(lài)的方式暫時(shí)定位于細胞核，其活性與表觀(guān)遺傳重編程密切相關(guān)，此外，乳酸富集于早期哺乳動(dòng)物胚胎的細胞核中，抑制乳酸的產(chǎn)生和攝取會(huì )導致胚胎在二細胞期階段停滯；囊胚形成中的動(dòng)態(tài)代謝變化：隨著(zhù)胚胎從二細胞期階段發(fā)展到囊胚階段，表現出明顯的代謝活動(dòng)的改變，體現在線(xiàn)粒體活動(dòng)增加、丙酮酸氧化增強、TCA 循環(huán)代謝物增加以及對葡萄糖的需求增加，此外，這階段脂質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化對于桑葚胚外側細胞建立極性至關(guān)重要；胚胎植入期間的代謝活動(dòng)：胚胎必須附著(zhù)在子宮壁上以連接母體循環(huán)系統并繼續發(fā)育，這一過(guò)程稱(chēng)為植入，研究表明，脂質(zhì)及其衍生物對囊胚植入至關(guān)重要，與脂肪酸相關(guān)的促炎反應有助于建立母胎界面并優(yōu)化子宮容受性；在原腸運動(dòng)和器官發(fā)生的階段，代謝梯度具有重要意義，例如時(shí)空特異性的葡萄糖代謝波對于原腸胚形成具有調控作用。綜述還額外探討了胚胎滯育的代謝特征，包括自噬活動(dòng)增加以生成更多營(yíng)養物質(zhì)，合成更高水平的?；撬岷痛闻；撬嵋蕴峁┛寡趸Ｗo，下調mTOR 信號通路等。同時(shí)，作者總結了現階段評估胚胎代謝的先進(jìn)方法，包括少量胚胎的代謝組學(xué)，空間代謝組學(xué)以及體外評估胚胎質(zhì)量的拉曼光譜技術(shù)等。
受精卵到二細胞期階段胚胎中氧化還原平衡的調節
植入前胚胎發(fā)育關(guān)鍵事件的代謝特征
胚胎著(zhù)床后發(fā)育的代謝調控
總的來(lái)說(shuō)，文章系統總結了代謝活動(dòng)對于胚胎發(fā)育不同階段的時(shí)空調控作用，探討了在重要的連續關(guān)鍵胚胎事件的背景下，代謝和胚胎發(fā)育之間的相互作用，突出了各種代謝物和信號分子在發(fā)育過(guò)程中的關(guān)鍵性角色。關(guān)鍵代謝物，包括葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，不僅作為發(fā)育的能量來(lái)源，同時(shí)也作為發(fā)育進(jìn)程調節者。
浙江大學(xué)基礎醫學(xué)院/浙江大學(xué)醫學(xué)院附屬第一醫院/良渚實(shí)驗室張進(jìn)教授為通訊作者。浙江大學(xué)基礎醫學(xué)院博士生徐雨雁為第一作者，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院頡偉教授為共同作者。該文章的發(fā)表受到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、浙江省自然科學(xué)基金和浙江省"尖兵""領(lǐng)雁"計劃的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41556-025-01720-y
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