Cell | 改寫教科書！ 受精瞬間，生命的對稱性就已破碎

雖然非哺乳動物胚胎通常依賴于空間預模式，但哺乳動物的發育長期以來一直被認為是從等效的卵裂球開始的。然而，新出現的證據挑戰了這一點。

2025年12月3日，加州理工學院MagdalenaZernicka-Goetz團隊在Cell在線發表題為“Fertilization triggers early proteomic symmetry breaking in mammalian embryos”的研究論文，該研究使用多重和無標記的單細胞蛋白質組學，鑒定了超過300種不對稱豐富的蛋白質-許多參與蛋白質降解和運輸-將小鼠2細胞階段的卵裂球分成兩個不同的簇，稱之為α和β。這些蛋白質組不對稱早在受精卵階段就可以檢測到，在4細胞階段加強，并與精子進入位點相關，暗示受精是一個對稱性破壞事件。

將2細胞階段的胚胎分成兩半表明β卵裂球比α卵裂球具有更大的發育潛力。在人類2細胞胚胎中發現的類似聚類和蛋白質富集模式表明，這種早期不對稱可能是保守的。這些發現揭示了哺乳動物胚胎受精引發的先前未被認識的蛋白質組學預模式，對理解全能性和早期譜系偏見具有重要意義。

在哺乳動物中，受精卵經歷一系列的卵裂分裂，產生胚胎細胞和胚胎外細胞類型。兩個連續的命運決定對囊胚的形成至關重要：第一個決定將外層細胞從內細胞團（ICM）中分離出來，后者分化為滋養外胚層（TE），而第二個決定將內胚層再細分為外胚層和原始內胚層。

幾十年來，人們一直認為所有的卵裂球在發育上都是相同的，因此，至少在16個細胞階段之前，所有的卵裂球都具有相同的分化能力。此后，這種觀點不斷演變。越來越多的證據表明，早在公開的譜系承諾之前，卵裂球的全能性就逐漸而不平等地喪失了。在小鼠中，譜系追蹤顯示，2細胞胚胎的姐妹卵裂球對胚胎和胚胎外譜系的貢獻不相等。此外，將2細胞胚胎分裂成同卵的“半胚胎”表明，雖然一個卵裂球可以產生可存活的胚胎，但另一個通常不能。

類似的不對稱在人類中也可見：體細胞突變的克隆分析推斷跨組織的譜系表明，早期卵裂球對胚胎和胎盤的貢獻不均勻。人類胚胎的直接譜系追蹤進一步支持了這一點，表明大多數外胚層通常只產生于2細胞卵裂球中的一個，而兩個卵裂球都有助于胚胎外組織。盡管有這些見解，這種早期不對稱的分子基礎仍然難以捉摸。

文章模式圖（圖源自Cell）

在像果蠅這樣的物種中，對稱性破壞是由不對稱的mRNA定位驅動的，導致蛋白質分布不均和細胞命運分化。在哺乳動物中，單細胞RNA測序揭示了卵裂球之間的轉錄水平差異，包括2細胞階段的非編碼RNA LincGET和4細胞階段的Sox21。然而，這種RNA水平的不對稱并不是在整個胚胎中一致觀察到的，轉錄物豐度并不總是與組織或發育過程中的蛋白質水平相關。

哺乳動物胚胎單個卵裂球之間是否存在蛋白質組學差異仍是未知的。在其他模型中，如非洲爪蟾，單細胞質譜（MS）揭示了胚胎內早期卵裂球之間的蛋白質組學不對稱，類似的方法已被用于描繪人類卵母細胞。然而，在小鼠中，蛋白質組學研究迄今為止依賴于大量質譜，這模糊了細胞間的異質性。

該研究使用單細胞和無標記質譜來檢測小鼠和人類胚胎中單個卵裂球之間的蛋白質組學差異。研究人員早在受精卵和2細胞階段就發現了驚人的蛋白質組不對稱，揭示了卵裂球的兩種可復制的蛋白質組狀態，研究人員將其命名為α和β，以區分同一胚胎中的姐妹細胞。重要的是，這些早期蛋白質組差異預測了卵裂球的發育潛力，并與受精過程中精子進入的位置相關。該研究結果為小鼠和人類早期胚胎提供了一個單卵裂球全蛋白質組數據集，揭示了以前未被識別的由受精觸發的蛋白質組預模式。這種預模式與發育潛力的差異有關，為對稱破壞、細胞命運偏差和全能性喪失的分子起源提供了見解。

參考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)01255-3