详解早期胚胎发育

二、早期胚胎发育

胚胎早期发育分两个阶段，着床前胚胎发育和着床后胚胎发育。受精卵着床前经历发育、卵裂、脱透明带等过程，才能最终具备在子宫内膜上植入着床的能力。不同物种受精卵着床前历经的时间有所不同，人类受精卵历经7天的发育才最终着床，小鼠需4天，大鼠需5天；着床后胚胎发育包括了受精后2～8周，这个过程的发育快速而复杂，人类胚胎着床后约6～7天即建立了胎盘和胚胎结构，至8周时已完成三胚层的分化。

（一）着床前胚胎发育

着床期胚泡发育包括受精卵的卵裂、囊胚或胚泡的形成、胚泡的孵化（又叫脱透明带）。见图4-2。

1.卵裂

受精卵形成后，逐渐分裂，这个过程叫卵裂（cleavage）。卵裂后的细胞形成卵裂球（blastomere）。人类受精卵第一次卵裂形成两个大小不等的细胞，大细胞将分裂形成内细胞团，小细胞将形成绒毛膜和胎盘。之后卵裂球继续分裂成4个、8个、16个……细胞的卵裂球，在卵裂过程中细胞数量增加，但细胞体积不变。受精卵通过卵裂形成多细胞的实心细胞团，此细胞团形似桑葚，故称此期为桑葚胚（morula）。桑葚胚外面由透明带包裹。在受精卵的卵裂过程中，输卵管提供营养物质，桑葚胚一般在受精后3～4天运行到子宫腔，在宫腔游离3天左右，从子宫内膜腺体获取营养并继续分裂。早期卵裂球仍然具有全能发育的潜能，如果将两细胞卵裂球或桑葚胚分为两半，每一半都可以发育成为一个全胚。

图4-1　受精过程示意图

图4-2　着床前胚泡发育过程示意图

由于受精卵卵裂过程通过有丝分裂分裂为多细胞球，其中的每个细胞都携带该受精卵的遗传基因，并且每个细胞都有继续分裂分化成不同组织器官的潜能，因此，此时取其中的细胞进行遗传学检查，既可以诊断其携带的遗传疾病，又不影响受精卵的继续发育分化，基于此发展了胚胎植入前诊断技术，又叫植入前遗传学诊断（preimplantation genetic diagnosis，PGD），这是遗传学诊断技术与辅助生殖技术相结合而形成的一种孕前诊断技术。PGD是指对体外受精（IVF）发育至6～8细胞期的胚胎，在显微操作下活检1～2个单卵裂球细胞或直接获取受精前后的极体，通过遗传学方法进行诊断，选择正常的胚胎植入宫内，从而获得健康的胎儿。通过PGD可在胚胎种植前完成对单基因疾病、染色体病的诊断，防止遗传病患儿的出生。

2.胚泡形成

桑葚胚在宫腔内汲取营养，继续生长、分裂，细胞逐渐增多并呈有序排列，当卵裂球的细胞达到一定数量的时候，细胞间逐渐形成一些小的腔隙，之后这些间隙发生融合，形成一个大的腔隙，腔中充满液体，胚胎呈囊泡状，此时的胚胎称为囊胚或胚泡（blastocyst）。胚泡内的腔隙称为胚泡腔（blastocoele），空腔的周围是一层扁平细胞，被称为滋养层（trophoblast）。滋养层将来发育成绒毛和胎盘。一群细胞聚集在胚泡的一端，形成内细胞团（inner cell mass），内细胞团有多向分化的潜能，将来分化发育成胚胎的各种组织器官。囊胚尚不能在子宫内膜上种植，因此，该阶段的胚胎仍然是着床前胚胎。

正是由于内细胞团的多分化潜能，所以现代干细胞技术利用这种特点，将内细胞团的细胞分离进行体外培养，用于发展克隆动物、转基因动物、细胞移植、器官组织移植等。见图4-3。

图4-3　胚胎干细胞技术

3.透明带脱落

早期胚泡外周仍有透明带，透明带是一层由糖蛋白组成的起保护作用的薄膜，它与胚泡间存在一个潜在的间隙。随着胚泡的增长、变大，透明带也逐渐长大、变薄，最终破裂，胚泡的滋养层细胞裸露，直接与子宫内膜接触。胚泡在植入前必须从透明带中脱出，这个过程叫胚泡孵出（blastocyst hatching）。大约在受精后第5～6天，胚泡孵出。胚泡只有在脱透明带后才能在子宫内膜黏附，因此脱透明带是胚泡着床的必要条件。胚泡孵出有两种形式：一种是胚泡连续膨胀，透明带逐渐变薄，最终破裂，胚泡孵出；另一种是胚泡膨胀后迅速收缩，反复膨胀收缩最终使胚泡孵出。见图4-4。正常情况下，胚泡会自然孵出，但在某些因素，如女性年龄增大、受精卵体外培养等会导致透明带异常，不容易孵化，影响着床率，针对这种胚胎不能正常孵化的问题，胚胎学家们发明了一种帮助胚胎从透明带里释放出来的方法，称为辅助孵化（assisted hatching），它是用机械的、化学的或物理的方法在透明带上人为制造出一个小孔，使胚胎在发育成熟后能够顺利地从这个小孔中孵出，从而提高辅助生殖技术的成功率。

图4-4　孵化中的卵泡