浙大团队《科学》发现，开启胚胎发育的关键钥匙

人类的生命，起源于一个小小的受精卵。它经历一系列精细且复杂的发育过程，最终形成一个完整个体。当前，体外受精作为一种重要的辅助生殖技术，为不孕家庭带来了“生的希望”。然而，在生殖临床实践中，许多患者存在不明原因反复生化妊娠或早期流产，不少通过体外受精技术孕育的胚胎在植入子宫前就停止了生长，造成不孕不育。

针对困扰生殖医学的这一难题。浙江大学基础医学院/医学院附属妇产科医院研究员、长聘副教授梁洪青，浙江大学医学院附属妇产科医院主任医师、教授张丹，联合同济大学高绍荣院士以及浙江大学爱丁堡大学联合学院长聘副教授刘琬璐团队，首次揭示胚胎发育过程中关键开关——内源逆转录病毒（Endogenous Retroviruses, ERV）如何通过合成特殊的“嵌合RNA”，帮助人类早期胚胎顺利跨越合子基因组激活（ZGA）这一关键发育里程碑。

该研究于北京时间1月23日发表于《科学》。该研究不仅深化了人类对生命起源的理解，也为改善辅助生殖技术提供了全新的思路。浙江大学医学院附属妇产科医院向阳泉、钱羽力、李铮一、王佳旭为共同第一作者。

团队工作照 浙江大学 供图

基因组中的“暗物质”：内源性逆转录病毒

“临床治疗中有不少体外受精失败的病例。我们对这类患者的染色体、编码基因进行全面的检查，但都找不到病变的原因。”张丹介绍，这些“无解之题”让医生和患者都深感无力。

事情的转机源于她和专注于转座子基础研究的年轻学者梁洪青的思想碰撞。“浙大鼓励学科交叉的浓厚氛围以及妇院倡导开放合作的思维眼界为我们的合作研究打下了基础。”彼时刚加入浙江大学的梁洪青与张丹在学术会议相识，后续经常一起讨论感兴趣的研究、相互参加组会，交流中逐渐找到了二人在临床与基础研究的契合点。

如果说在编码区的基因中找不到造成胚胎阻滞患者的病因，那突破点是否在于基因的非编码区呢？张丹与梁洪青在头脑风暴中打开了新思路。

“如果把人类基因组比喻成一本厚重的生命天书，那么转座子就是其中大量重复且看似‘无用’的非编码区基因段落——它们占基因组总容量的近40%。而内源逆转录病毒（ERV） 则是转座子中的一个重要类别。”梁洪青说，在进化过程中，内源逆转录病毒被宿主基因组“驯化”，参与调控基因表达，影响着哺乳动物的胚胎发育、免疫反应甚至疾病发生。而内源逆转录病毒在早期发育中具有明显的时期特异性激活并表达出大量的RNA，但其功能一直没有得到明确阐释。

团队工作照 浙江大学 供图

一串多功能“钥匙”开启发育“连环锁”

受精卵形成后，合子基因组激活是胚胎发育经历的第一个关键时期。合子基因组激活后，胚胎从母源基因的调控模式向合子基因自主表达过渡，即胚胎脱离对母体RNA和蛋白质的依赖，开始“独立成长”，而合子基因组激活异常是导致人类早期胚胎发育阻滞的主要原因之一。　

团队发现，在体外受精后发育阻滞的8细胞期胚胎中，内源逆转录病毒的一个亚家族——MLT2A1表达水平显著下降。而8细胞期是人类胚胎合子基因激活的关键期，在辅助生殖技术中常用于胚胎质量的评估和选择。“在实验中我们发现，MLT2A1的下调与合子基因组激活关键基因的表达减少密切相关。”梁洪青说，这提示MLT2A1可能在合子基因组激活过程中扮演重要角色。

“进一步通过纳米孔长读长测序技术，在人类胚胎和干细胞中，我们鉴定出几百种不同的MLT2A1的嵌合组合。”张丹介绍，团队惊讶地发现，MLT2A1在合子基因组激活阶段并非简单地作为遗传序列表达，而是与下游的不同基因组序列融合形成种类、形态繁多的特殊“MLT2A1 RNA嵌合体”。

这种广泛的嵌合模式增加了MLT2A1序列的结构复杂性，形成级联放大效应，如同给一把简单的钥匙配上了多种不同的钥匙齿。

在高绍荣院士团队的支持下，团队采用RNA-染色质互作（ChIRP）技术，进一步绘制了MLT2A1　RNA嵌合体在基因组上的结合图谱，发现它们能够靶向结合这个时期关键的DNA调控序列，如基因的启动子，以及基因间区的其他逆转座子区域。团队发现不同的MLT2A1嵌合体序列负责激活不同的合子基因。因此，在一系列MLT2A1钥匙的共同作用下，人类8细胞期胚胎发育的“连环锁”由此开启。

基因组激活的“协调者”

传统的遗传理论认为，细胞内发挥调控作用的关键物质是蛋白质。那么，这些MLT2A1 RNA嵌合体又是如何在合子基因组激活中发挥作用呢？

团队发现，MLT2A1嵌合体主要富集在细胞核内，形成明显的核内凝聚点。机制探究揭示，MLT2A1 RNA通过与核内蛋白HNRNPU 相互作用，从而发生凝聚，同时能够招募基因转录的关键执行者——RNA聚合酶Ⅱ，从而促进合子基因组激活基因的转录表达。“为进一步验证MLT2A1嵌合体与HNRNPU的协同作用，我们分别敲除MLT2A1和HNRNPU，发现合子基因组激活基因的新生RNA合成显著减少，并且胚胎发育出现阻滞。”梁洪青说，在合子基因激活过程中，MLT2A1 RNA就像一个繁忙的“协调者”，一边像钥匙一样配对到关键的DNA结合位点，一边又把RNA聚合酶Ⅱ吸引到这些DNA附近，帮助其最终激活该时期关键基因的转录。

“这种MLT2A1-HNRNPU-RNA Pol II 的协同作用，为合子基因组激活这一全局性转录激活事件提供了强有力的分子基础，这也是我们研究的一大重要发现。”张丹说。

MLT2A1亚家族逆转座子调控胚胎合子基因组激活的示意图 浙江大学 供图

MLT2A1亚家族内的“互助网络”

作为受精卵发育最关键阶段，在合子基因组激活之前，胚胎基因组处于静默状态，而到8细胞期后，基因转录大规模激活，因此需要集胚胎内多方力量共同支持。这里生命的智慧又是如何体现的？

“人类基因组中散布着3838个MLT2A1拷贝，并且分布在不同的基因组位点。它们的转录活性和染色质可及性在合子基因组激活阶段达到峰值。”梁洪青介绍，团队发现，当敲低或敲除单个MLT2A1拷贝时，不仅目标拷贝本身表达下降，其他MLT2A1拷贝的表达也受到影响，导致整个亚家族的表达水平进一步降低。反之，过表达单个完整的MLT2A1嵌合RNA则能上调亚家族的整体表达。

MLT2A1拷贝具有这种自我放大和集体行动的特性，使其亚家族能够高效协调合子基因组激活这一全局性转录激活事件。“MLT2A1亚家族内通过序列的相似性互相激活，构成一个族内互助协作网络，大大提高了整个家族的工作效率。”梁洪青说。

这项研究不仅揭示了内源逆转录病毒在人类早期胚胎发育中的新功能，也为改善辅助生殖技术提供了潜在靶点。MLT2A1嵌合 RNA作为合子基因组激活进程的关键调控因子，有望成为评估体外受精胚胎质量的新型生物标志物。

张丹介绍，在临床体外受精实践中，若能通过检测MLT2A1表达水平来预测胚胎发育潜能，或可有助于筛选出最具活力的胚胎进行移植，提高妊娠成功率。此外，对MLT2A1调控机制的深入理解，也可能为治疗因合子基因组激活失败导致的不孕症提供新思路。