葡萄糖代谢在小鼠胚胎早期发育中的关键角色

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1100次浏览发布时间：2024-10-26 18:03:18

　　在一项新的研究中，耶鲁大学的科学家们揭示了葡萄糖代谢在小鼠胚胎早期发育过程中的重要性，特别是在原肠胚形成(gastrulation)这一关键阶段。研究团队发现，特定的代谢途径不仅支持细胞信号传导，还在细胞分化和结构形成中发挥着核心作用。这一研究结果于2024年10月16日在线发表在《Nature》期刊上，标题为“Selective utilization of glucose metabolism guides mammalian gastrulation”。

　　研究者们识别出小鼠胚胎发育过程中葡萄糖利用的两个重要阶段。首先，在外胚层(epiblast)细胞中，葡萄糖通过己胺生物合成途径(hexosamine biosynthetic pathway, HBP)被转化，生成成纤维细胞生长因子(FGF)信号传导所需的蛋白聚糖(proteoglycan)。这一信号通路对细胞分化和原始条纹(primitive streak)的延伸至关重要，最终形成的神经板将成为脊髓和神经系统的基础。随后，糖酵解过程则为中胚层细胞的迁移和扩展提供了必要的能量和代谢物。

　　为了更好地理解葡萄糖代谢在胚胎发育中的作用，研究团队利用单细胞分辨率成像技术，对发育中的小鼠胚胎、干细胞模型以及胚胎衍生组织进行了分析。他们绘制了葡萄糖摄取的时间和空间模式图，发现葡萄糖代谢的初始波动主要发生在后外胚层细胞，并随着发育进程逐步向前扩展。随后的糖酵解波则支持中胚层细胞向原始条纹远离的迁移，促进细胞的横向扩张。

　　为了验证这些代谢途径的确定性，研究者们使用化学阻断剂抑制了葡萄糖代谢。他们发现，这一抑制会显著破坏原始条纹的形成和中胚层细胞的特化。特异性靶向HBP会影响原始条纹的发育，而后期糖酵解的抑制则会干扰中胚层细胞的迁移，但不影响最初的细胞命运决定。

　　此外，研究还显示，葡萄糖代谢对ERK信号通路有重要影响。实验发现，葡萄糖代谢的抑制会导致ERK活性降低，而补充N-乙酰葡糖胺(HBP的一种产物)能够恢复ERK信号传导并修复发育缺陷。这一发现强调了葡萄糖代谢与细胞信号通路之间的密切联系，为理解胚胎发育提供了新的视角。

　　进一步的研究利用基于干细胞的胚胎模型和中胚层外植体进行分析，证实了HBP在上胚层细胞命运转换中的重要性，而糖酵解则支持中胚层细胞的迁移行为。对处理过的中胚层外植体进行RNA测序后，研究者们发现，在糖酵解或ERK信号被抑制的情况下，与细胞迁移和细胞外基质相互作用相关的通路会被下调。

　　这些研究结果不仅揭示了葡萄糖代谢与遗传和信号机制之间的协同作用，还表明葡萄糖代谢是发育中胚胎成功模式化和形态发生不可或缺的因素。这项研究挑战了传统观念，即将细胞代谢视为一种被动的背景功能，而是将其视为胚胎发育的积极引导者。这一发现为理解细胞代谢在胚胎发育中的角色提供了新的视角，可能对再生医学和发育生物学的研究产生深远影响。

　　总之，这项研究不仅增强了我们对葡萄糖代谢在胚胎发育中的理解，也为进一步探索相关生物过程提供了基础，预示着在细胞代谢和发育之间的联系还有许多未被发掘的领域。未来的研究可以进一步探讨葡萄糖代谢如何影响其他发育阶段，以及如何将这些机制应用于临床治疗。

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