Nature系列综述：浙江大学张进团队总结哺乳动物胚胎发育过程中关键发育事件的代谢调控

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

代谢在哺乳动物胚胎发育中扮演着远超传统认识的角色。长期以来，代谢过程被简单视为提供能量和生物合成原料的管家功能，但越来越多的研究打破了这一固有认识，揭示了代谢调控作为胚胎发育主要驱动力之一的重要地位。

2025 年 7 月 22 日，浙江大学基础医学院/浙江大学医学院附属第一医院/良渚实验室张进教授团队在Nature Cell Biology期刊发表了题为：Metabolic regulation of key developmental events during mammalian embryogenesis 的综述论文。

该综述全面总结了代谢调控在哺乳动物胚胎发育的关键事件与过程中的作用，挑战了传统观念中代谢仅作为发育过程被动支持者的认识，文章深入讨论了特定的代谢物小分子和代谢途径不仅能为胚胎发育提供能量和生物合成前体，更直接参与发育事件的时空调控，主动塑造胚胎的命运决定和形态发生。这一认识为理解诸多发育异常和生殖障碍提供了新视角，也为辅助生殖技术的优化提供了理论基础。

根据胚胎发育的时间顺序，该综述系统性地讨论了代谢调控对于每个胚胎发育关键事件的独特作用。包括胚胎早期发育的代谢需求：二细胞期前的胚胎对于代谢环境与氧化还原平衡存在严格的需求，丙酮酸的存在是早期胚胎发育的必要条件，这与丙酮酸在维持氧化还原平衡中起着至关重要的作用相关；代谢重塑驱动合子基因组激活：线粒体TCA 循环相关的酶在 ZGA（zygotic genome activation）期间以丙酮酸依赖的方式暂时定位于细胞核，其活性与表观遗传重编程密切相关，此外，乳酸富集于早期哺乳动物胚胎的细胞核中，抑制乳酸的产生和摄取会导致胚胎在二细胞期阶段停滞；囊胚形成中的动态代谢变化：随着胚胎从二细胞期阶段发展到囊胚阶段，表现出明显的代谢活动的改变，体现在线粒体活动增加、丙酮酸氧化增强、TCA 循环代谢物增加以及对葡萄糖的需求增加，此外，这阶段脂质的动态变化对于桑葚胚外侧细胞建立极性至关重要；胚胎植入期间的代谢活动：胚胎必须附着在子宫壁上以连接母体循环系统并继续发育，这一过程称为植入，研究表明，脂质及其衍生物对囊胚植入至关重要，与脂肪酸相关的促炎反应有助于建立母胎界面并优化子宫容受性；在原肠运动和器官发生的阶段，代谢梯度具有重要意义，例如时空特异性的葡萄糖代谢波对于原肠胚形成具有调控作用。综述还额外探讨了胚胎滞育的代谢特征，包括自噬活动增加以生成更多营养物质，合成更高水平的牛磺酸和次牛磺酸以提供抗氧化保护，下调mTOR 信号通路等。同时，作者总结了现阶段评估胚胎代谢的先进方法，包括少量胚胎的代谢组学，空间代谢组学以及体外评估胚胎质量的拉曼光谱技术等。

受精卵到二细胞期阶段胚胎中氧化还原平衡的调节

植入前胚胎发育关键事件的代谢特征

胚胎着床后发育的代谢调控

总的来说，文章系统总结了代谢活动对于胚胎发育不同阶段的时空调控作用，探讨了在重要的连续关键胚胎事件的背景下，代谢和胚胎发育之间的相互作用，突出了各种代谢物和信号分子在发育过程中的关键性角色。关键代谢物，包括葡萄糖、脂肪酸和氨基酸，不仅作为发育的能量来源，同时也作为发育进程调节者。

浙江大学基础医学院/浙江大学医学院附属第一医院/良渚实验室张进教授为通讯作者。浙江大学基础医学院博士生徐雨雁为第一作者，清华大学生命科学学院颉伟教授为共同作者。该文章的发表受到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、浙江省自然科学基金和浙江省“尖兵”“领雁”计划的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41556-025-01720-y