【佳學(xué)基因檢測】生育卵雙胞胎的基因是什么？它是來自于父親還是來自于母親？

同卵雙胞胎是自然生育過程中一種相對常見的現(xiàn)象，指的是一個受精卵在早期分裂成兩個胚胎，最終發(fā)育成兩個基因完全相同的個體。與異卵雙胞胎不同，后者是由于兩個卵子分別受精形成的，基因上并不完全相同?；蚪獯a致力于同卵雙胞胎的形成機(jī)制，從基因的角度理解為什么會產(chǎn)生同卵雙胞胎。

基因解碼技術(shù)正在致力于從分子層面深入探討同卵雙胞胎的基因本質(zhì)。通過全基因組測序和比較分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，同卵雙胞胎的形成可能與特定基因變異和基因表達(dá)模式的變化有關(guān)?；蚪獯a的研究表明，遺傳因素可能在決定胚胎是否分裂、分裂的時間等方面起到一定作用。此外，環(huán)境因素如母體健康、激素水平等，也可能對同卵雙胞胎的形成產(chǎn)生影響。

人們認(rèn)為同卵雙胞胎 (MZ) 是由一個受精胚胎在不同階段分裂而產(chǎn)生的。佳學(xué)基因在分析同卵雙胞胎的過程中，將同卵雙胞胎又分為單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）共用一個絨毛膜，起源于單個囊胚內(nèi)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán) (ICM) 分裂。在雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的經(jīng)典模型中，胚胎在緊密化之前分裂，發(fā)育成兩個囊胚。然而，越來越多的輔助生殖技術(shù)（ART)病例中，單囊胚移植導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞），這表明胚胎分裂可能發(fā)生在囊胚形成之后。

佳學(xué)基因為什么要研究同卵雙胞胎的形成目標(biāo)和理由

對于單絨毛膜同卵雙胞胎，生育過程基因解碼根據(jù)輔助生殖技術(shù)（ART)病例和動物實驗，對囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分裂所涉及的細(xì)胞機(jī)制進(jìn)行了全面分析。此外，生育過程的基因解碼批判性地重新審視了雙絨毛膜同卵雙胞胎的經(jīng)典早期分裂模型。生育過程的基因解碼探索了導(dǎo)致輔助生殖技術(shù)（ART)中兩個胚泡分離的細(xì)胞機(jī)制，這可能導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎。

結(jié)果

對于單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞），ART 病例和小鼠實驗證明，囊胚中較松散的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)會增加囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分離的可能性。囊胚腔形成或 8 字形孵化產(chǎn)生的物理力會施加在囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)上，從而產(chǎn)生單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）。對于雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞），經(jīng)典模型類似于小鼠胚胎的體外人工克隆，需要嚴(yán)格控制分裂力、防止重新結(jié)合和適當(dāng)聚集，從而允許在生理環(huán)境下形成兩個獨立的人類囊胚。相反，在非典型孵化或玻璃化冷凍循環(huán)后移植單個囊胚的輔助生殖技術(shù)（ART)程序可能會導(dǎo)致囊胚分離。不同動物模型系統(tǒng)的同卵雙胞胎（MZ雙胞）在形態(tài)、分子機(jī)制和時間方面的差異需要基因解碼者給予更為復(fù)雜的思考，從而阻礙簡單認(rèn)識者的思考。正如在未來方向中所討論的，人類胚胎創(chuàng)新體外模型的最新發(fā)展可能為人類胚胎發(fā)生過程中同卵雙胞胎（MZ雙胞）的細(xì)胞機(jī)制提供新的根本性見解提供有希望的途徑。

研究同卵雙胞胎的形成機(jī)制在生育上有更為廣泛的意義

雙胞胎妊娠對胎兒和母親都具有很高的風(fēng)險。雖然單胚胎移植通常用于預(yù)防輔助生殖技術(shù)（ART)中的異卵雙胞胎妊娠，但它無法防止同卵雙胞胎（MZ雙胞）的發(fā)生。根據(jù)生育過程的基因解碼對單絨毛膜和雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的細(xì)胞機(jī)制的理解，以及對遺傳機(jī)制的洞察，可以在輔助生殖技術(shù)（ART)程序期間改進(jìn)預(yù)測、預(yù)防甚至干預(yù)策略。

基于人體基因序列變化與人體疾病表征中的同卵雙胞胎的介紹

佳學(xué)基因注意到，在過去的四十年中，全球范圍內(nèi)雙胞胎妊娠的發(fā)生率顯著上升，這主要歸因于輔助生殖技術(shù)（ART)的進(jìn)步。雙胞胎有兩種類型：異卵雙胞胎，由兩個卵母細(xì)胞受精發(fā)育成兩個不同的胚胎；同卵（MZ）雙胞胎，即自然發(fā)生的由一個受精胚胎發(fā)育成的同卵個體。雙胞胎妊娠對胎兒和母親都具有很高的風(fēng)險，包括雙胞胎輸血綜合征、雙胞胎逆向動脈灌注序列、早產(chǎn)、雙胞胎消失以及各種妊娠并發(fā)癥。在某些情況下，甚至?xí)?dǎo)致連體雙胞胎的出生。雖然可以通過單胚胎移植降低異卵雙胞胎的發(fā)生率，但預(yù)防同卵雙胞胎仍然具有挑戰(zhàn)性，因為同卵雙胞胎的確切病因尚不完全清楚。

自一百多年來，人們一直在努力解開同卵雙胞胎形成的謎團(tuán)，最早可以追溯到上世紀(jì)初。最近，人們?nèi)婊仡櫫诉@段漫長的歷史。然而，同卵雙胞胎研究的主要限制是缺乏合適的哺乳動物模型，該模型需要滿足較高的同卵雙胞胎妊娠率。但是九帶犰狳是一個例外，它仍然是唯一已知的能夠自然產(chǎn)下同卵四胞胎的動物。盡管小鼠胚胎在體外經(jīng)過人工干預(yù)后表現(xiàn)出與人類雙胞胎發(fā)育的一些相似性，但小鼠中自然發(fā)生的同卵雙胞胎（MZ雙胞）很少見，而且很可能無法存活到出生，這可能是因為與正常胚胎相比，其細(xì)胞數(shù)量較少。圍繞人類胚胎研究的倫理規(guī)定進(jìn)一步限制了對同卵雙胞胎（MZ雙胞）的探索。直到最近，隨著輔助生殖技術(shù)（ART)的快速進(jìn)步和廣泛使用，在植入前對人類胚胎進(jìn)行體外實時觀察才變得更加可行。同卵雙胞胎的自然發(fā)生率約為 0.4%，但據(jù)報道，ART 病例中的同卵雙胞胎發(fā)生率高于自然懷孕，范圍從 0.72% 到 5%。因此，對輔助生殖技術(shù)（ART)期間 MZ 孿生的研究為探索其中涉及的未知機(jī)制提供了寶貴的線索。

MZ 雙胞胎是根據(jù)羊膜和絨毛膜的數(shù)量進(jìn)行分類的，羊膜和絨毛膜是在懷孕期間包圍和保護(hù)胎兒的膜。在人類中，絨毛膜主要由滋養(yǎng)外胚層 (TE) 發(fā)育而成，滋養(yǎng)外胚層構(gòu)成了囊胚的外部細(xì)胞，而囊胚的多能性內(nèi)細(xì)胞團(tuán) (ICM) 主要構(gòu)成胎兒的所有組織（圖 1A）。人們普遍認(rèn)為，如果在囊胚階段或之后，ICM 在被 TE 包圍的一個囊胚腔內(nèi)分裂成兩組，就會形成共用一個絨毛膜的單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）（圖 1B和C）。另一方面，雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）則是由囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)和 TE 同時分離而產(chǎn)生的。傳統(tǒng)上認(rèn)為，這種分離是由于在桑葚胚階段之前，即人類胚胎發(fā)育的最初 3 天內(nèi)，卵裂球的分裂引起的（圖 1D）。這導(dǎo)致兩個獨立的囊胚發(fā)育，形成同卵雙胞胎（MZ雙胞），每個都有各自的絨毛膜。然而，最近的輔助生殖技術(shù)（ART)病例與這種長期持有的觀點不同，報告稱單個囊胚移植可導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）妊娠，這表明在囊胚階段之后發(fā)生了晚期分裂。

在這篇綜述中，生育過程的基因解碼將根據(jù)最近報道的輔助生殖技術(shù)（ART)研究以及小鼠胚胎研究，展示單絨毛膜和雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）形成的細(xì)胞機(jī)制證據(jù)，從而提出一種產(chǎn)生同卵雙胞胎（MZ雙胞）的新模型，這可能有助于減少輔助生殖技術(shù)（ART)期間同卵雙胞胎（MZ雙胞）妊娠的發(fā)生率，從而降低母親和胎兒的健康風(fēng)險。

單絨毛膜單卵雙胞胎的細(xì)胞機(jī)制

人們普遍認(rèn)為，在囊胚階段或植入后囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)的分離會導(dǎo)致單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的發(fā)育（圖 1B 和 C）。有記錄的人類囊胚在單個囊胚腔中包含兩組獨立的 ICM，甚至包含三個 ICM，分別導(dǎo)致單絨毛膜雙胞胎或三胞胎妊娠。同樣，在小鼠研究中，也在體外觀察到具有雙重囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)的囊胚或甚至帶有兩個卵筒杯的植入胚胎。為了了解這些過程背后的細(xì)胞機(jī)制，需要解決的關(guān)鍵問題是：（i）ICM分裂的特征和（ii）導(dǎo)致分裂的物理力的性質(zhì)。

內(nèi)細(xì)胞團(tuán)松散：分裂的原因

經(jīng)典的裂變模型導(dǎo)致人們推測細(xì)胞粘附缺陷可能是導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因，并提出了細(xì)胞粘附分子 E-cadherin 在同卵雙胞胎（MZ雙胞）形成中的潛在作用。在輔助生殖中，當(dāng)移植囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)質(zhì)量較差的囊胚（包括囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)較松散的囊胚）時，MZ 雙胞胎的出生率從 0.38% 增加到 1.38%。

這一理論得到了小鼠實驗的支持，該實驗最初并非為研究同卵雙胞胎而設(shè)計，但卻具有深遠(yuǎn)的意義。缺乏Jarid2（Jumonji，富含 AT 的交互式結(jié)構(gòu)域 2，多梳阻遏物復(fù)合體 2 的組成部分）的小鼠胚胎干細(xì)胞 (mESC) 的 E-鈣粘蛋白和其他控制細(xì)胞粘附的基因水平顯著降低。有趣的是，當(dāng)將Jarid2缺陷型 mESC 注射到小鼠胚胎的囊胚腔中時，在單個囊胚中觀察到多個 ICM。此外，Jarid2的缺失會上調(diào)囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)譜系標(biāo)記Nanog并下調(diào)平面細(xì)胞極性信號基因Wnt9a、Prickle1和Fzd2。值得注意的是，注射過表達(dá)Nanog的 mESC或缺乏Wnt9a、Prickle1和Fzd2的 mESC也會導(dǎo)致約 35–48% 的囊胚中出現(xiàn)兩個或更多 ICM。因此，細(xì)胞粘附性降低和囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)松散很可能是導(dǎo)致囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分裂的重要因素，因此可能導(dǎo)致單絨毛膜 MZ 孿生（圖 1E）。

分裂內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的物理力量

囊胚空化

與移植早期卵裂期胚胎相比，延長胚胎培養(yǎng)和囊胚移植是輔助生殖技術(shù)（ART)手術(shù)中同卵雙胞胎（MZ雙胞）發(fā)生率較高的重要因素。在輔助生殖技術(shù)（ART)中，囊胚移植前囊胚腔形成過程中，間歇性塌陷和重新擴(kuò)張的過程有可能導(dǎo)致人類胚胎囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分離。在單絨毛膜雙胞胎的人類體外模型中進(jìn)一步驗證了ICM 分離可以在空化過程中發(fā)生。因此，囊胚空化過程的性質(zhì)可能為理解囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分裂的潛在機(jī)制提供有價值的見解，從而有助于同卵雙胞胎（MZ雙胞）的發(fā)生。

雖然目前還沒有關(guān)于人類胚胎的更深入的研究，但小鼠研究表明，小鼠植入前胚胎中囊胚腔的形成并非從某個單一點開始，而是從通過水力壓裂在細(xì)胞與細(xì)胞連接之間形成的數(shù)百個微米大小的腔開始（圖 1F）。這些充滿水的小口袋逐漸釋放其內(nèi)容物，最終導(dǎo)致形成單一主導(dǎo)腔，即囊胚腔。當(dāng)缺乏細(xì)胞粘附分子鈣粘蛋白1（Cdh1）的母體突變胚胎與野生型胚胎結(jié)合形成嵌合體胚胎時，最終的囊胚腔與Cdh1敲除細(xì)胞一起收集。這表明，腔積聚的方向傾向于分離細(xì)胞與細(xì)胞接觸較低的區(qū)域。

總而言之，如果處于囊胚形成階段的植入前胚胎的內(nèi)細(xì)胞連接松散，則它們更有可能通過多點空化和液體積聚而分離。這就像一種物理力量，將一個囊胚中的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分成兩個或三個不同的組，最終導(dǎo)致共用一個絨毛膜的同卵雙胞胎（MZ雙胞）的形成（圖 1E 和 F）。

8 字形孵化

在輔助生殖技術(shù)（ART)中，輔助孵化被廣泛用于幫助胚胎脫離透明帶 (ZP)，從而促進(jìn)其向著床發(fā)展。各種 ZP 操作技術(shù)都可輔助孵化，包括機(jī)械解剖、鉆孔和減薄。雖然輔助孵化并不總是與同卵雙胞胎（MZ雙胞）有顯著相關(guān)性，但其對輔助生殖技術(shù)（ART)過程中同卵雙胞胎（MZ雙胞）的潛在貢獻(xiàn)有多種不同的意見和看法。

當(dāng)通過機(jī)械輔助孵化或 ZP 鉆孔在 ZP 上創(chuàng)建一個人工的小孵化縫時，囊胚將通過此開口孵化，呈現(xiàn)出類似數(shù)字“8”的形狀（圖 1G）。在 人工授精（IVF)案例中，8 形孵化人類囊胚的延時實時成像顯示，位于孵化點附近的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)穿過囊胚中的這個孵化孔并分成多個部分（圖 1G）。一部分囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)留在 ZP 內(nèi)，而另外兩部分則在外面，因此會導(dǎo)致單絨毛膜三胞胎妊娠。在這種 8 形孵化事件中，一些靠近孵化點的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)細(xì)胞可能會發(fā)生細(xì)胞凋亡，ZP 上窄縫的壓力將囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分成不同的細(xì)胞團(tuán)群體。

小鼠實驗也支持了這一現(xiàn)象，表明 8 字形孵化增加了囊胚階段囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)的分離。超過 20% 的小鼠胚胎在體外會出現(xiàn)這種 8 字形孵化。已證明孵化點和囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)之間的相對位置對于 8 字形孵化過程中的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分離至關(guān)重要，類似于人類胚胎。如果囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)位于孵化點附近，則更有可能導(dǎo)致分離成兩組或更多組 ICM（圖 1G）。

然而，動物研究表明，體內(nèi)孵化過程與體外孵化過程存在顯著差異。在體內(nèi)，在子宮中蛋白酶等溶解因子的幫助下，孵化迅速發(fā)生。ZP在體內(nèi)經(jīng)歷整體溶解和完全溶解，不會膨脹和塌陷。然而，當(dāng)通過輔助孵化在 ZP 中產(chǎn)生小的孵化點或間隙時，8 字形孵化更有可能在體外發(fā)生。

單絨毛膜單羊膜單卵雙胞胎產(chǎn)生的基因因素

在晚期人類囊胚中，ICM 分化為兩種不同的細(xì)胞類型：內(nèi)胚層，產(chǎn)生卵黃囊，外胚層發(fā)育成胚胎體和羊膜，羊膜是直接包裹人類胎兒的膜。在囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)的外胚層未完全分成兩部分但仍保持部分連接的情況下，單個絨毛膜內(nèi)的雙胞胎的羊膜也會合并，導(dǎo)致單絨毛膜單羊膜雙胞胎（圖 1B）。需要進(jìn)一步研究以確定在囊胚空化過程中調(diào)節(jié)分離的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)簇之間間距的因素，從而影響羊膜的數(shù)量。

類似的現(xiàn)象也可以在斑馬魚同卵雙胞胎（MZ雙胞）突變體（稱為janus）中觀察到，其中胚泡的間距也決定了雙胞胎表型的結(jié)果。在斑馬魚janus突變體中，胚泡在前四次卵裂期間分成兩組，最終附著在胚黃的不同位置。如果分離的胚泡之間的距離太近，胚盤將在發(fā)育過程中部分融合，導(dǎo)致邊緣區(qū)連體。雖然janus突變體可以模擬囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分離過程的某些方面，但表型不穩(wěn)定，并且突變基因尚未確定。

然而，根據(jù)人類單絨毛膜單羊膜同卵雙胞胎的經(jīng)典分裂模型，人們認(rèn)為它們起源于胚胎孵化后（甚至在著床后）ICM 的分裂，發(fā)生在胚胎第 8 天之后（圖 1B）。尚不清楚單絨毛膜單羊膜同卵雙胞胎是在囊胚空化過程中還是孵化后因部分ICM 分裂而產(chǎn)生。雖然這種類型的同卵雙胞胎在雙胞胎妊娠中并不常見，僅占活產(chǎn)同卵雙胞胎的 1–2%，但如果兩簇ICM 未完全分離，則有很大的風(fēng)險導(dǎo)致連體雙胞胎。由于它們發(fā)生率低且分裂較晚，很難通過活體成像觀察它們的體外發(fā)育。此外，缺乏合適的動物模型，使得研究單絨毛膜單羊膜卵同卵雙胞胎的機(jī)制變得十分困難。解決這一謎團(tuán)可能對預(yù)防連體雙胞胎的發(fā)生大有裨益，因為連體雙胞胎會給后代帶來極高的健康風(fēng)險，并給家庭帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

雙絨毛膜同卵雙胞胎的產(chǎn)生的基因因素

在自然懷孕中，雙絨毛膜雙胞胎通常被認(rèn)為是異卵雙胞胎，即來自兩個分別受精的卵母細(xì)胞，但這種假設(shè)并不一定正確。它們的合子性只能通過基因檢測來確認(rèn)，例如 DNA 指紋識別和短串聯(lián)重復(fù)序列分析。因此，研究雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的機(jī)制一直很有挑戰(zhàn)性，直到有大量輔助生殖技術(shù)（ART)病例報告，其中單囊胚移植導(dǎo)致雙絨毛膜雙羊膜妊娠。最近，甚至有第一例報道的單囊胚移植后發(fā)生雙絨毛膜雙羊膜三胞胎妊娠。然而，這些雙絨毛膜雙胞胎即使在單胚胎移植后也可能是異卵雙胞胎，其中一個雙胞胎由ART移植胚胎發(fā)育而成，而另一個則通過排卵后自然受孕發(fā)育而成。為了排除這些雙絨毛膜雙胞胎是異卵雙胞胎的可能性，一些研究通過基因檢測來確認(rèn)他們的單卵性。

然而，雙絨毛膜雙胞胎的主要爭論點在于分裂過程的時間。最初，人們假設(shè)分裂發(fā)生在胚胎第 3 天之前的早期階段，產(chǎn)生兩個獨立的囊胚，每個囊胚形成一個具有自己的絨毛膜和羊膜的同卵雙胞胎（MZ雙胞）（圖 2A）。后來有人提出，分裂甚至可以在兩細(xì)胞階段第一次卵裂之后立即發(fā)生，發(fā)生在兩個胚泡之間。然而，最近的輔助生殖技術(shù)（ART)案例表明雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的分裂可能發(fā)生在囊胚期或更晚，這可能代表了與現(xiàn)有模型不同的一種替代機(jī)制。生育過程的基因解碼將首先討論桑葚胚期之前早期胚胎分裂的經(jīng)典場景，然后基于輔助生殖技術(shù)（ART)案例和小鼠實驗，探索單囊胚移植導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）背后的機(jī)制。

在生理條件下，早期分裂能否導(dǎo)致雙絨毛膜雙胞胎？人工克隆的經(jīng)驗教訓(xùn)

在人類胚胎致密化之前進(jìn)行卵裂球活檢，可使每組卵裂球發(fā)育成單個囊胚，類似于雙絨毛膜同卵雙胞胎的經(jīng)典模型。然而，在無需人工干預(yù)的生理條件下，這一過程是否會發(fā)生仍存在爭議。

通過卵裂球分離產(chǎn)生同卵雙胞胎的實驗最早是在綿羊和牛的胚胎中實現(xiàn)的。在小鼠胚胎中，最近的研究結(jié)果表明，早在二細(xì)胞階段，細(xì)胞命運就已經(jīng)在細(xì)胞之間出現(xiàn)分歧，其中一個卵裂球表現(xiàn)出比另一個更強(qiáng)的全能性。但在某些情況下，仍然可以通過在二細(xì)胞期平分胚泡來獲得人工生成的雙囊胚和個體（圖 2B）。這些人工克隆過程可以為雙絨毛膜同卵雙胞胎早期分裂理論的可行性提供有價值的線索。

要通過卵裂球分離法在小鼠中成功生成同卵雙胞胎（MZ雙胞）胚胎，需要嚴(yán)格的條件。首先，需要通過在卵裂球上開一個縫隙或用 Tyrode 溶液完全去除卵裂球來將胚胎從卵裂球中釋放出來。然后，使用移液器等物理力量或胰蛋白酶等化學(xué)劑將姐妹卵裂球分離。接下來，為了防止結(jié)合，需要在分離的空間中培養(yǎng)無卵裂球的半胚胎，以阻斷它們之間的任何連接。此外，為了確保在沒有 ZP 的情況下胚泡正確地三維聚集到囊胚中，應(yīng)將一分為二的胚泡培養(yǎng)在受限環(huán)境中，例如 U 形或 V 形底孔（圖 2B），甚至放回空的 ZP 中。

根據(jù)小鼠實驗的證據(jù)，如何像經(jīng)典理論所假設(shè)的那樣，在無需人工干預(yù)的情況下，在生理條件下從早期分裂胚胎中分離出人類囊胚，有三個關(guān)鍵問題需要解決。

什么物理力量會導(dǎo)致桑葚胚階段之前胚泡分裂？

較薄的 ZP 或破裂的 ZP 與同卵雙胞胎（MZ雙胞）有關(guān)，在這種情況下，胚胎可以從 ZP 的限制中解放出來并進(jìn)行分裂。最近，使用延時實時成像技術(shù)觀察到了一例輔助生殖技術(shù)（ART)病例，其中人類胚胎自發(fā)早期分裂。早期分裂的人類胚胎的 ZP 在卵母細(xì)胞操作過程中破裂（圖 2C）。精子顯微注射和第一次卵裂后，兩個胚泡中的一個從 ZP 中出現(xiàn)，而另一個留在里面。兩個分離的胚泡分別發(fā)育成囊胚，有可能產(chǎn)生雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）（圖 2C ）。然而，要使這種情況在生理條件下發(fā)生，需要回答哪些力量或因素會導(dǎo)致體內(nèi)ZP 破裂的問題。

胚胎早期分裂可能由多種機(jī)制引起。間期橋是一種微管細(xì)胞骨架致密結(jié)構(gòu)，在植入前胚胎的間期連接姊妹胚泡，在細(xì)胞分裂過程中破裂可能導(dǎo)致細(xì)胞分離。此外，排斥和接觸抑制可能發(fā)生在兩個獨立的胚泡之間，由 Eph/ephrin 信號等通路介導(dǎo)，這些通路調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞之間的接觸和排斥，以保持細(xì)胞或組織邊界。鈣水平下降也被假設(shè)通過調(diào)節(jié)細(xì)胞粘附和誘導(dǎo)早期胚胎分裂來增加同卵雙胞胎（MZ雙胞）的發(fā)生率。

雙胞胎胚胎如何在生理環(huán)境中防止自身重新結(jié)合？

確保囊胚分離對于避免胚胎融合至關(guān)重要，因為人類胚胎可以在群體培養(yǎng)中融合。在某些情況下，異卵雙胞胎的絨毛膜可以融合成一個。同樣，小鼠囊胚也可以融合成一個具有兩簇囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)的嵌合囊胚。斑馬魚同卵雙胞胎（MZ雙胞）在孵化前通過附著在卵黃的不同部位來保持分離，這是哺乳動物胚胎所缺乏的獨特特征。因此，為了在生理環(huán)境下支持雙絨毛膜同卵雙胞胎的早期分裂理論，需要進(jìn)一步研究哪些因素或機(jī)制可以使雙胞胎的胚泡分離直至著床。一種可能的情況是 ZP 破裂，其中一個雙胞胎胚胎在 ZP 外部發(fā)育，另一個在 ZP 內(nèi)部發(fā)育（圖 2C）。這也可能歸因于輸卵管中纖毛驅(qū)動的液體流動，從而在兩個不同的胚胎之間產(chǎn)生了空間間隙。

雙胚泡如何確保正確聚集以避免在沒有 ZP 的情況下胚泡分散？

攜帶 ZP 基因（ZP1、ZP2或ZP3）突變的女性在自然受孕方面面臨挑戰(zhàn)，因為存在受精異常和植入前胚胎聚集不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險。ICSI 和體外培養(yǎng)等 ART可以幫助解決這些問題。在大多數(shù)情況下，為確保胚胎完整和成功懷孕，無 ZP 的人類胚胎在移植前在體外培養(yǎng)至囊胚階段。無ZP胚胎移植的最早成功時間點是第3天，此時胚胎開始緊密結(jié)合，這可以提高成功妊娠率。為了提高無ZP人類胚胎的發(fā)育率，體外應(yīng)用了Well-of-the-Well（WOW）系統(tǒng)，即在一個較大的孔內(nèi)創(chuàng)建V形小孔以促進(jìn)適當(dāng)緊密結(jié)合。無ZP的人類胚胎也可以放回空的ZP或人工凝膠中以支持這些胚胎的發(fā)育。

但在生理條件下，如果胚胎在桑葚胚階段之前分裂，無 ZP 的雙胞胎胚胎由于細(xì)胞粘附性低而難以保持完整狀態(tài)，并且可能難以正常緊密形成和囊胚形成。為了研究早期分裂的無 ZP 雙胞胎胚胎是否能在體內(nèi)實現(xiàn)正確聚集和成功發(fā)育，生育過程的基因解碼需要模擬生理條件的模型系統(tǒng)。已經(jīng)建立了幾種實驗裝置來復(fù)制體外生理液體流動，可以模擬輸卵管環(huán)境并研究早期無 ZP 胚胎的發(fā)育。

總體而言，要在生理條件下通過胚胎早期分裂產(chǎn)生雙絨毛膜同卵雙胞胎，胚胎必須滿足幾個嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)：它們需要物理力量在早期分裂并離開 ZP，同時在分裂后發(fā)育完整而不分散，還必須避免相互接觸和融合。在生理條件下，通過早期分裂產(chǎn)生雙絨毛膜同卵雙胞胎的概率可能較低。需要進(jìn)一步的研究和來自輔助生殖技術(shù)（ART)案例和動物實驗的支持證據(jù)來了解雙絨毛膜同卵雙胞胎在生理條件下是如何發(fā)生的。

單囊胚移植后雙絨毛膜同卵雙胞胎的機(jī)制

異常孵化導(dǎo)致輔助生殖技術(shù)（ART)中雙絨毛膜同卵雙胞胎的發(fā)生率更高

在輔助生殖技術(shù)（ART)中，已報道了幾例在單囊胚移植后因異常孵化而導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）妊娠的病例。在一些 8 字形孵化異常的病例中，ZP 上的縫隙很小，只有一半的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)可以從 ZP 中出來，而另一半則留在里面。當(dāng)囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)和 TE 都因激光鉆孔的小縫隙產(chǎn)生的壓力而分成兩半時，可能會導(dǎo)致形成兩個分離的囊胚，從而形成同卵雙胞胎（MZ雙胞），每個雙胞胎都有自己的絨毛膜（圖 2D）。這一概念與畜牧業(yè)中用于綿羊、牛、山羊和豬等哺乳動物的人工克隆方法相似，其中用尖針將囊胚直接分成兩半（圖 2E）。

玻璃化加熱循環(huán)可導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎

迄今為止，僅有一例報道，其中觀察到玻璃化冷凍加溫周期中的胚胎分離成兩個囊胚，從而導(dǎo)致雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的誕生（圖 2F）。在胚胎冷凍和復(fù)溫后囊胚腔重新擴(kuò)張的過程中，一些細(xì)胞可能保持完整，巧合的是，ICM 和 TE 分離成在 ZP 內(nèi)形成的兩個小的分離囊胚（圖 2F）。雖然這是唯一一例具有明確囊胚分離表型的報道，但也有原因不明的病例，即在移植單個玻璃化冷凍加溫囊胚后發(fā)生雙絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）妊娠，這些病例可能具有相同的潛在機(jī)制。

目前認(rèn)識的不足及基因解碼的未來方向

同卵雙胞胎的現(xiàn)有模型及其局限性

雖然人類并不是唯一出現(xiàn)同卵雙胞胎的物種，但目前還沒有完美的動物模型來研究人類同卵雙胞胎的機(jī)制，這阻礙了該領(lǐng)域的研究。在本文中，生育過程的基因解碼將總結(jié)目前已知的同卵雙胞胎物種，并解釋它們在研究人類同卵雙胞胎方面的局限性。此外，生育過程的基因解碼將提出體外人類胚胎模型，這些模型有望在未來的研究中研究人類同卵雙胞胎。

斑馬魚

斑馬魚是一種廣泛使用的脊椎動物模式生物，具有體外受精和生長的顯著優(yōu)勢，可以全面觀察整個發(fā)育過程。然而，與哺乳動物胚胎相比，它的胚胎結(jié)構(gòu)和發(fā)育模式存在顯著差異（圖 3A上圖），這給其在人類雙胞胎研究中的應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。一種被稱為janus 的斑馬魚同卵雙胞胎（MZ雙胞）突變體顯示出兩個不同的胚泡簇，它們緊密附著在一個卵黃上（圖 3A下圖）。然而，控制胚泡分裂的機(jī)制尚不完全清楚，導(dǎo)致這種自然突變的基因也有了一定的信息。主要的挑戰(zhàn)是表型的不穩(wěn)定性，它對溫度敏感并通過母體隱性模式遺傳?？傮w而言，斑馬魚胚胎的結(jié)構(gòu)差異和突變體的復(fù)雜遺傳模式使其成為研究人類同卵雙胞胎（MZ雙胞）的理想動物模型。

九帶犰狳

九帶犰狳是已知的唯一能自然且持續(xù)地產(chǎn)下同卵四胞胎的動物 。然而，合子分裂的時間發(fā)生在植入之后，這與人類的雙胞胎有顯著不同 。在九帶犰狳中，胚胎不會在囊胚形成后立即植入。相反，它會經(jīng)歷一個長達(dá)數(shù)月的延遲。囊胚植入后，ICM 會形成單個羊膜和外胚層板。在 TE 植入部位和羊膜之間，形成了一個名為外胚層的獨特腔體 (圖 3B )。隨后，外胚層板分化為分離的胚盾，每個胚盾都能夠發(fā)育成一個個體。隨著外腹腔顯著擴(kuò)張，它會產(chǎn)生一種物理力，最終將四個胚胎盾分裂到不同的位置，產(chǎn)生相同的四胞胎（圖 3B）。這種機(jī)制是該物種所獨有的，并不能為人類同卵雙胞胎提供重要的見解。此外，九帶犰狳通常不被用作研究實驗室使用的模型生物，因此不易用于胚胎研究。

老鼠

盡管小鼠是當(dāng)前科學(xué)研究中最常用的哺乳動物模型，但根本的差異限制了它們與人類胚胎在同卵雙胞胎研究中的相似性。在生理條件下，小鼠同卵雙胞胎的自然發(fā)生率極其罕見。一個重要的問題是，小鼠不是單胎動物，因此很難在不進(jìn)行基因檢測的情況下確定哪兩個胚胎源自一個卵母細(xì)胞。此外，小鼠同卵雙胞胎胚胎可能面臨劣勢，因為與完全源自單個受精卵母細(xì)胞的鄰近胚胎相比，其細(xì)胞數(shù)量較少，這可能導(dǎo)致它們在自然競爭中丟失。因此，在小鼠中獲得同卵雙胞胎的可能性較小。此外，小鼠胚胎的發(fā)育在各個方面與人類胚胎有顯著不同，例如合子基因組激活的時間、壓縮、著床、原腸胚形成等等。尤其是，人類胚胎從附著在囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)上的極性 TE 植入，而小鼠胚胎則從與囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)相對的壁間 TE 植入。由于這些差異，MZ 雙胞胎的發(fā)育無法用小鼠胚胎完全復(fù)制或準(zhǔn)確模仿，因為小鼠胚胎具有其獨有的特征。這僅在從人類輔助生殖技術(shù)（ART)案例中獲得了見解并且在特定植入前階段的小鼠胚胎中評估和驗證了潛在機(jī)制的情況下才有用，例如非典型的 8 字形孵化和囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分離。因此，在同卵雙胞胎（MZ雙胞）出生率較高的輔助生殖技術(shù)（ART)流程中研究人類胚胎中的同卵雙胞胎（MZ雙胞）仍然是解決生育基因解碼中提出的基本問題的最直接和有效的方法。

人類胚胎發(fā)生的體外模型

在輔助生殖技術(shù)（ART)治療中，人類胚胎只能在體外培養(yǎng)至囊胚階段后才能植入子宮，這是觀察囊胚階段后人類胚胎研究的主要限制因素。出于倫理考慮，將人類胚胎長期體外培養(yǎng)用于科學(xué)研究受到嚴(yán)格限制。因此，生育過程的基因解碼缺乏有關(guān)囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)是否可以在孵化后甚至植入后分裂以產(chǎn)生單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的資料。此外，還有許多無法解釋的輔助生殖技術(shù)（ART)病例，其中單個囊胚移植導(dǎo)致了同卵雙胞胎（MZ雙胞）甚至 MZ 三胞胎。最近，利用誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞 (iPSC) 或分離的人類胚胎干細(xì)胞創(chuàng)建體外系統(tǒng)來模擬早期人類胚胎發(fā)生方面取得了進(jìn)展，并取得了令人鼓舞的結(jié)果，形成了稱為胚泡的囊胚狀結(jié)構(gòu)，甚至是植入后的人類胚泡。這些模型可能提供前所未有的機(jī)會來研究囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)和 TE 在孵化后甚至植入后是否仍能分離。

事實上，在一些雙胞胎胚泡中觀察到了單個胚腔內(nèi)的雙重 ICM，這是一種通過增加細(xì)胞數(shù)量并用溶血磷脂酸處理雙胞胎胚泡來研究人類同卵雙胞胎（MZ雙胞）的有價值的模型。在腔擴(kuò)張期間，ICM 分離，每個囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)都包含外胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞，模仿單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的表型。該體外模型系統(tǒng)可用于進(jìn)一步研究囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分離的潛在機(jī)制、ICM 間距的控制以及同卵雙胞胎（MZ雙胞）的植入后發(fā)育。

尋找“雙胞胎基因”

目前，生育過程的基因解碼對同卵雙胞胎機(jī)制的理解主要集中在細(xì)胞層面，而推動這一過程的遺傳機(jī)制仍需進(jìn)一步研究和發(fā)現(xiàn)。生育基因解碼認(rèn)為，ART 中同卵雙胞胎率的升高并非歸因于技術(shù)本身，而是胚胎的遺傳背景。

科學(xué)家認(rèn)為同卵雙胞胎受基因調(diào)控，原因有二。首先，與異卵雙胞胎不同，同卵雙胞胎在人群中的發(fā)生率在不同地區(qū)相對一致，大約為每 250 次懷孕中就有 1 次。其次，有報道顯示同卵雙胞胎的家族性案例長達(dá)四代?？茖W(xué)家進(jìn)行了大量研究，試圖揭示同卵雙胞胎形成的遺傳機(jī)制。同卵雙胞胎是一種常染色體顯性遺傳，與細(xì)胞粘附相關(guān)的基因一直是造成同卵雙胞胎的嫌疑基因之一。通過對一個四代同卵雙胞胎家系的全基因組測序，發(fā)現(xiàn)上皮黏附連接信號通路、GTPase 家族介導(dǎo)的通路和緊密連接信號通路中單核苷酸變異和拷貝數(shù)變異的富集。突變的基因可能會降低囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)的粘附性，導(dǎo)致囊胚腔空化過程中囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分裂。盡管付出了巨大的努力，但直接導(dǎo)致人類同卵雙胞胎的特定基因尚未被確定。同卵雙胞胎背后的遺傳機(jī)制很難揭示，因為它可能不僅僅單個基因的突變有關(guān)，而且即使單個基因存在突變，其影響也可能不是完全滲透的。

除了遺傳機(jī)制外，最近還發(fā)現(xiàn)了同卵雙胞胎的表觀遺傳特征。同卵雙胞胎和異卵雙胞胎之間的差異甲基化位置始終存在于其體細(xì)胞中，這為識別同卵雙胞胎提供了一種新方法。與細(xì)胞粘附途徑相關(guān)的基因在最接近差異甲基化位置的基因中表現(xiàn)出顯著富集。

“雙胞胎基因”的發(fā)現(xiàn)可能讓生育過程的基因解碼進(jìn)一步了解同卵雙胞胎在遺傳和表觀遺傳層面的細(xì)胞機(jī)制，以及與地域起源或譜系相關(guān)的雙胞胎率。

對降低輔助生殖技術(shù)（ART)治療中同卵雙胞胎率的影響

隨著輔助生殖技術(shù)（ART)的進(jìn)展和成功率的提高，單胚胎移植的做法已變得普遍，以減少多胎妊娠的發(fā)生。然而，單胚胎移植后仍有可能出現(xiàn)同卵雙胞胎。根據(jù)生育過程的基因解碼通過報道的輔助生殖技術(shù)（ART)病例和動物研究分析的細(xì)胞機(jī)制，應(yīng)考慮采取以下措施，以盡量減少 人工授精（IVF)過程中同卵雙胞胎的發(fā)生。在移植前，必須使用高分辨率延時實時成像等尖端技術(shù)全面監(jiān)測輔助生殖技術(shù)（ART)胚胎的發(fā)育情況，確認(rèn)囊胚的表型。為了減少單絨毛膜同卵雙胞胎（MZ雙胞）的發(fā)生，應(yīng)避免使用囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)連接松散或分成多組的囊胚。為了降低雙絨毛膜 MZ 雙胎妊娠的發(fā)生率，不應(yīng)將呈現(xiàn)非典型 8 字形孵化或分裂囊胚的胚胎作為移植的首選。進(jìn)行輔助孵化時，重要的是在距離囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)較遠(yuǎn)的地方創(chuàng)建人工孵化位，以防止囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)在 8 字形孵化過程中分裂。此外，采用更類似于 ZP 自然降解而非制造單個小孔的技術(shù)可能會有所幫助。實施這些措施可以在一定程度上幫助減少輔助生殖技術(shù)（ART)中同卵雙胞胎（MZ雙胞）的發(fā)生。

雙胞胎發(fā)生的基因機(jī)制的學(xué)科共識

總之，生育過程的基因解碼對單絨毛膜同卵雙胞胎細(xì)胞機(jī)制的了解正在不斷加深，涉及多點囊胚腔擴(kuò)張過程中松散的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)分裂，導(dǎo)致囊胚內(nèi)形成單獨的囊胚內(nèi)細(xì)胞團(tuán)（ICM)簇。另一方面，雙絨毛膜同卵雙胞胎的自然發(fā)生仍知之甚少，且極具爭議。在輔助生殖技術(shù)（ART)中，非典型 8 字形孵化和玻璃化-加溫周期與囊胚分離和雙絨毛膜同卵雙胞胎的形成有關(guān)。然而，在自然生理條件下發(fā)生的機(jī)制似乎截然不同且不清楚。為了獲得進(jìn)一步的見解，同卵雙胞胎模型需要不斷檢查和潛在的修改，特別是隨著未來輔助生殖技術(shù)（ART)流程、動物實驗和使用 iPSC 衍生的胚泡、原腸胚和其他胚胎類器官的人類模型中報告病例的積累。隨著同卵雙胞胎模型的更新，ART 中的胚胎移植策略也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以降低同卵雙胞胎的發(fā)生率。此外，探索其中涉及的遺傳和表觀遺傳機(jī)制將使生育過程的基因解碼更接近解開同卵雙胞胎（MZ雙胞）的秘密。