人類孕育后代為什么這么難？“自私”染色體在作祟

　　英國科學家的最新研究表明，“自私染色體”可以解釋為什么大多數人類胚胎會早亡。

　　這項近日發表于《公共科學圖書館—生物學》的研究解釋了為什么魚類胚胎生存良好，而人類胚胎往往無法存活。該研究這對不孕不育治療具有重要意義。

　　此前的研究發現，大約一半的受精卵在人們知曉懷孕之前就死亡了。更為不幸的是，許多受精卵存活，被確認懷孕的人在幾周后也會自然流產，并且這種自然流產非常常見。

　　為此，巴斯大學米爾納進化中心主任Laurence Hurst希望通過研究找到人類經歷了幾十萬年進化，生育后代仍然相對困難的原因。

　　研究人員發現，胚胎早期死亡的直接原因是染色體數目錯誤。通常情況下，受精卵應該有46條染色體，其中23條來自母親的卵子，另外23條來自父親的精子。

　　“但很多胚胎的染色體數目不對，通常是45或47條，而且幾乎所有胚胎都在子宮內就死亡了。即使是唐氏綜合征這樣的21號染色體有3個拷貝的病例，大約80%的胚胎也都無法順利誕生。”Hurst說。

　　那么，為什么多獲得或丟失一條染色體的案例如此常見，且如此致命？Hurst總結出了許多線索。

　　第一，胚胎染色體數目錯誤，通常是由于母體卵子產生時發生了錯誤，而非精子有問題。事實上，超70%的卵子染色體數目存在錯誤。

　　第二，錯誤通常出現在卵子長兩個產生步驟中的第一個步。這一步很容易受到突變的干擾，例如突變可以“自私”地潛入50%以上的卵子中，使配偶染色體被破壞。這以現象已在小鼠身上得到了驗證，長期以來人們懷疑人類身上也存在這種現象，且被認為與染色體丟失或增加有關。

　　Hurst注意到，在哺乳動物中，一種自私突變試圖做出上述破壞，但往往以失敗告終，但會導致卵子多出或丟失一條染色體，這在進化上是有益的。因為胎兒在母體子宮中需要被不斷喂養發育，所以那些從缺陷卵子發育而來的胚胎比起足月降生，早期被扼殺在進化上更有益。這種選擇意味著存活下來的后代表現得比平均水平更好。

　　“卵子產生的第一步很奇怪。一對染色體中的一個將進入卵子，另一個將被破壞。但是，如果其中的染色體‘知道’了它將被破壞的命運，它就沒什么可害怕失去的了。”Hurst說，分子證據表明，當一些染色體檢測到它們將在第一步中被破壞時，就會改變它們的行為以防止被破壞，這可能導致染色體丟失或增加，以及胚胎死亡。

　　“自私染色體通常會出現在胚胎的‘兄弟姐妹’身上”Hurst說，因為胚胎死亡對該母體的其他后代有利，這種殺死胚胎的突變對他們來說有益。

　　但是在魚類和兩棲類等動物身上沒有上述問題。

　　“在2000多個魚類胚胎中，沒有發現一個來自母親的染色體錯誤。”Hurst說，鳥類中發生上述錯誤的概率也很低，約為哺乳動物的1/25，這是因為雛鳥間的競爭在孵化后，而非孵化前。

　　相比之下，染色體丟失或增加對于每一種被研究人員觀察的哺乳動物來說都是問題。

　　“在子宮里喂養后代是一種不利的做法。如果他們早死，幸存者則會受益。這使哺乳動物很容易受到突變的影響。”Hurst說。

　　在Hurst看來人類確實特別脆弱。在小鼠中，胚胎死亡為同窩中的幸存者提供了資源，使其他小鼠的生存機會增加了約10%。然而，人類通常一次只生一胎，早期胚胎的死亡使母體能夠快速再次繁殖，其間母體甚至可能根本不知道自己的卵子已經受精了。

　　初步研究數據顯示，像奶牛這樣一次只生一胎的哺乳動物胚胎因為染色體錯誤造成的死亡率似乎特別高，而像老鼠、豬這些一窩多胎的哺乳動物胚胎死亡率較低。

　　Hurst的研究還表明，一種叫做Bub1的蛋白質的水平低下可能會導致人類和小鼠染色體丟失或增加。

　　“隨著母體年齡的增長和胚胎染色體問題發生率的上升，Bub1的水平會下降。識別這些蛋白并提高其在年長母體中的水平可以恢復生育能力。”Hurst說，“我希望這些見解能能夠幫到那些懷孕困難或反復流產的女性。”

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001671