段恩奎/张莹等首次证明植入前的小鼠胚胎可以在太空中发育

来源：iNature

超越地球行星的生命发展是人类的长期追求，但尚不清楚哺乳动物能否在太空中进行正常的胚胎发育。

2020年4月11日，中国科学院动物研究所段恩奎，张莹及Lei Xiaohua共同通讯在National Science Review 在线发表题为“Development of mouse preimplantation embryos in space”的研究论文，该研究发现植入前的小鼠胚胎可以在太空中发育，但是胚泡形成的速度和胚泡质量受到了损害。

此外，胚胎中的细胞含有严重的DNA损伤，而在太空中发育的胚泡的基因组则通过一组独特的差异甲基化区域（DMR）整体被低甲基化。发育缺陷，DNA损伤和表观遗传异常可以通过地面低剂量辐射的作用大大地模仿。但是，仅暴露于模拟微重力下并不会导致胚胎发育的重大中断，这表明辐射是造成发育缺陷的主要原因。这项工作提高了对空间胚胎发育的理解，并揭示了长期极低剂量辐射是哺乳动物繁殖的危险因素。

与地球不同，空间环境的特征是微重力和宇宙辐射，它们对大多数生物系统都有强烈的影响。人类或其他动物能否在这样的环境中繁殖，特别是太空中的环境如何影响正常的胚胎发育？在过去的几十年中，已经进行了许多努力来研究对空间复制的影响。对海胆，鸟类，鱼类和两栖动物的实验表明，在没有重力的情况下，非哺乳动物的繁殖仍然可以进行。

以前的研究试图通过使用无人生物卫星来研究太空飞行对哺乳动物交配和怀孕的影响。成年雄性和雌性大鼠被送入轨道进行交配后，没有产生后代，尽管飞行后检查显示，每5只大鼠中就有2只具有早孕的迹象。由于哺乳动物胚胎在早期发育过程中对宇宙环境的敏感性，以及在航天飞行过程中维持胚胎生长的培养系统的技术局限性，目前尚不清楚哺乳动物繁殖是否如此。结果，没有任何研究哺乳动物植入前胚胎在太空中发育的尝试获得成功。

哺乳动物发育中的技术困难和太空飞行实验的机会有限，鼓励了一些地面模拟微重力的设施已用于研究微重力对哺乳动物受精和植入前发育的影响。模拟失重条件的地面实验模型揭示了微重力对小鼠植入前发育的有害影响，包括发育延迟和胚泡形成受损。但是，这些模型无法概括复杂的空间环境（包括微重力和宇宙辐射），因此，需要开发新技术来进行此类空间研究。

在该研究中，探讨了中国SJ-10可回收卫星航天飞行期间小鼠的胚胎植入前的胚胎发育过程。该研究克服了技术难题，开发了一种自动迷你培养箱，该培养箱配备了用于温度控制的可编程控件，自动显微照相技术以及用于培养小鼠胚胎的样品固定方法。该研究表明，植入前的小鼠胚胎可以在太空中发育。

航天过程中，胚胎通过一系列细胞分裂形成囊胚形态，但胚泡形成率和囊胚质量明显降低。此外，胚胎中的细胞含有严重的DNA损伤，而在太空中发育的胚泡的基因组则通过一组独特的差异甲基化区域（DMR）整体被低甲基化。发育缺陷，DNA损伤和表观遗传异常可以通过地面低剂量辐射的处理大大地模仿，这表明宇宙辐射是导致发育缺陷的主要原因。这项工作提高了对空间胚胎发育的理解，并揭示了长期极低剂量辐射是哺乳动物繁殖的危险因素。

参考消息：

https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa062/5819033?searchresult=1#