受精卵着床前经历发育、卵裂、脱透明带等过程,才能最终具备在子宫内膜上植入着床的能力。人类受精卵历经7天的发育才最终着床,不同物种受精卵着床前历经的时间不同,着床后胚胎发育包括了受精后 2~8 周,这个过程的发育快速而复杂,人类胚胎着床后约6~7天即建立了胎盘和胚胎结构,至8周时已完成三胚层的分化。
早期胚胎发育
着床期胚泡发育包括受精卵的卵裂、囊胚或胚泡的形成、胚泡的孵化又称脱透明带。
(一)卵裂
受精卵的有丝分裂过程称为卵裂(cleavage),是受精结束的标志,卵裂后形成的子细胞称为卵裂球(blastomere)。其作用在于把合子的一团原生质分割成大量的小细胞,便于以后进行组织分化和器官发生,塑造成多层次机构的复杂机体。卵裂是一种典型的有丝分裂,但稍有区别。卵裂球的染色体形态结构与普通体细胞大致相似,但是无生长期,因此分裂间期短,分裂过程中细胞数量增加,但体积不变。每次分裂后的卵裂球仅为原来大小的一半左右。
随着人工授精及IVF技术的发展,已基本明确人卵裂规律,大约在受精后 24 小时,在第二极体的对侧,卵细胞表面出现一个“V”形凹陷,受精卵横径加长似哑铃形。约 30 小时左右,受精卵卵裂成大小不均等的两个细胞,即一个大卵裂球和一个小卵裂球,大卵裂球首先在长轴中部出现缩窄,分裂形成三卵裂球期,约40小时左右,小卵裂球也发生分裂,形成了四卵裂球期胚;50小时左右发育成八卵裂球期胚;72小时胚已有12~16个卵裂球,形成一个外面包裹有透明带的实心细胞团,因外形似桑葚称为桑葚胚(morula)。第4天时,已有64个卵裂球,这时小卵裂球排列在外围,大卵裂球位于中央,仍是一个实心的球形胚卵。直径大约 200μm。与卵母细胞大小相当,外周有透明带。第5天时,达到100多个卵裂球的实心胚卵则变为囊状的胚泡。
在受精卵的卵裂过程中,输卵管提供营养物质,桑葚胚一般在受精后 3~4 天运行到子宫腔,在宫腔游离约3天左右,从子宫内膜腺体获取营养并继续分裂。早期的每一个卵裂球均具有全能发育的潜能,如果将卵裂球分开或将桑葚胚分为两半,每个卵裂球或每一半桑葚胚均可以发育成为一个全胚。
由于受精卵卵裂过程通过有丝分裂,分裂为多细胞球,其中的每个细胞都携带该受精卵的遗传基因,并且每个细胞都有继续分裂分化成不同组织器官的潜能,因此,此时取其中的细胞进行遗传学检查,既可以诊断其携带的遗传疾病,又不影响受精卵的继续发育分化,基于此发展了胚胎植入前诊断技术,又叫胚胎植人前遗传学诊断(Preimplantation genetic diagnosis,PGD),这是遗传学诊断技术与辅助生殖技术相结合而形成的一种孕前诊断技术。PGD 是指通过体外受精或卵胞质内单精子注射获得胚胎,利用分子生物学技术对发育至6~8 细胞期的胚胎,在显微操作下活检1~2个单卵裂球细胞或直接获取受精前后的极体进行检测,以获得无遗传疾病的胚胎进行移植从而避免患儿出生以及反复人流或引产导致的生理和精神创伤。
(二)胚泡形成
借助于输卵管黏膜上皮细胞的纤毛定向摆动和平滑肌的收缩蠕动,桑葚胚在卵裂的同时,逐渐向子宫腔方向移动。约在受精的第4天,桑葚胚进入子宫腔,进一步分裂、增生、卵裂球数量不断增多,可达100多个卵裂球,同时细胞之间出现许多小的腔隙,之后由小的腔隙逐渐融合为大的空腔,形成囊泡状的胚,称为囊胚或胚泡(blastocyst)。胚泡的细胞已分化为两个部分,空腔的周围由小卵裂球形成一层细胞,较大的内层细胞被挤向一极,形成内细胞团,中央的空腔称为胚泡腔,包围胚泡腔周围的小细胞称为滋养层,可吸收营养物质。囊胚尚不能在子宫内膜上种植。内细胞团是将来形成胚体的始基,其具有分化成人体全身所有细胞的潜能,利用显微操作技术将内细胞群分离出来,可制备胚胎干细胞(embryonic stem cells,ESCs)。胚泡逐渐长大,第4天末,透明带消失,胚泡孵出,胚泡贴近子宫内膜,准备开始植入。
(三)胚泡孵出
胚泡发育到一定程度时就从透明带出来,这个过程称为胚泡孵出(blastocyst hatching)。透明带是一层由糖蛋白组成的起保护作用的薄膜,它与胚泡间存在一个潜在的间隙。随着胚泡的增长,透明带也逐渐长大、变薄,最终发生破裂,胚泡的滋养层细胞裸露出来,直接与子宫内膜相接触。胚泡在植人前必须从透明带中脱出。大约在受精后第 5~6 天,胚泡孵出。胚泡只有在脱透明带后才能在子宫内膜黏附,因此脱透明带是胚泡着床的必要条件。有时,可见在胚泡孵出过程中,胚泡的一部分已从透明带中出来了,而另一部分仍停留在透明带内,称为疝(herasation)。其最终结局一是胚泡完全孵出,二是胚泡被分割为两部分,就有可能成为两个胚胎。胚泡孵出有两种形式:一种是胚泡连续膨胀,透明带逐渐变薄,最终破裂,胚泡孵出;另一种是胚泡膨胀后又迅速收缩,反复膨胀收缩最终使胚泡孵出。正常情况下,胚泡会自然孵出,但在某些因素,如受精卵体外培养、高育龄女性等会导致透明带异常,不容易孵化,影响着床率,针对这种胚胎不能正常孵化的问题,胚胎学家们发明了一种帮助胚胎从透明带里释放出来的方法,称为辅助孵化(assisted hatching),是利用物理或化学的方法,人为的在胚胎的透明带上制造一处缺损或裂隙,有利于胚胎从透明带内“破壳”而出,或使透明带溶解消失,以达到帮助胚胎孵化促进胚胎植入的目的,增加着床的可能。
引用:黄荷凤 院士 《实用人类辅助生殖技术》