小鼠胚胎发育全过程：从受精卵到幼鼠的卵裂、原肠运动与三胚层分化详解

小鼠作为哺乳动物研究的模式动物，其胚胎发育过程与人类高度相似，是理解哺乳动物发育生物学的重要窗口。本文系统介绍小鼠从受精卵到出生的完整发育过程——卵裂阶段（2细胞→16细胞→囊胚）、合子基因激活（ZGA）、原肠运动与三胚层形成，并附人类Carnegie stages与小鼠Theiler Stage的分期对照。南模生物累计构建1万多种基因修饰模型，可提供饲养繁育、保种复苏、大小鼠鉴定服务等全流程遗传育种技术支持。

目录

小鼠与人类胚胎发育对比

卵裂——发育的第一步

合子基因激活（ZGA）

原肠运动——细胞命运的分水岭

小贴士：胚胎发育分期

人类胚胎发育分期

小鼠胚胎发育分期

南模生物模式生物服务

小鼠与人类胚胎发育对比

胚胎发育的过程就好比一场音乐会，不同的乐器（细胞）在特定的过程中发出不同的声音，共同完成一首完美协奏曲。

小鼠作为哺乳动物研究的模式动物，可用于帮助我们了解人类胚胎的发育。虽然小鼠胚胎发育的时间短于人类，但两者的发育过程非常相似，有很多可以类比的地方。那么小鼠出生前的命运是怎样的呢？本期小编就带大家从受精卵开始，一步步看看小鼠是怎么"长"出来的。

图1. 小鼠与人类胚胎发育对比（TS: Theiler Stage, CS: Carnegie stage）

卵裂——发育的第一步

如果说受精是一个生命的开始，那么卵裂就是发育的第一步。合子经过 2 细胞、4 细胞、8 细胞、16 细胞逐级分裂形成卵裂球。

· 2 细胞期 发生合子基因激活（ZGA）。

· 8 细胞期 开始逐渐致密化，卵裂球变得扁平，彼此之间的接触增加，细胞的发育潜力逐渐被抑制开始分化（最早的分化事件），这一过程称桑葚形成。

· 16 细胞期 最终导致两种截然不同的细胞系出现：

内细胞团（ICM）：排列在胚胎内的细胞产生，其一小部分将发育为胚胎

滋养外胚层（TE）：外层的细胞产生，将分化为胚胎的附加结构（如胎盘），是母体为胚胎提供营养的通道

此时形成小的囊胚腔（早期囊胚），直到晚期囊胚可看到明显完整的囊胚腔和内细胞团。在这个阶段的胚胎称为胚泡。

· 发育第 5 天 胚泡从透明带中孵出，准备植入子宫壁（孵出过程在脱离子宫环境的体外也能发生）。植入时，子宫腔增大，子宫壁紧密闭合使子宫腔密闭，子宫上皮表面的变化使之接受胚泡附着。

合子基因激活（ZGA）

哺乳动物配子受精前，其基因组处于无转录活性状态。受精后，遗传物质融合并形成合子，进一步发育成新的个体。

· 关键时间节点 受精卵基因表达受合子基因激活（ZGA）调控，不同物种 ZGA 的发生时间不同：

小鼠：ZGA 开始于 2 细胞期

人类：ZGA 开始于 4-8 细胞期

在 ZGA 之前，胚胎依赖于蛋白质和卵母细胞发生期合成的 mRNA。

图2. 小鼠胚胎发育从受精到原肠胚形成阶段模式图

原肠运动——细胞命运的分水岭

在早期胚胎发育中，有一个非常重要的时刻——原肠运动。通过这个运动，体内所有细胞最终将走向特定的命运。

· 什么是原肠运动？ 原肠运动是胚胎剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。

· 何时发生？ 原肠胚形成期间（受精 6.5 天开始形成），囊胚细胞彼此之间的位置发生变动，形成由三胚层细胞构成的胚胎结构，这一过程又被称为"生殖层形成"。

· 三胚层的命运

内胚层：形成内生殖层

中胚层：具有多能性，将形成肌肉、结缔组织、血管、肾脏和其它参与分泌和渗透调节的器官、骨骼等

外胚层：形成外表皮、感觉器官和神经系统

原肠期标志着胚胎决定已不可逆，从此细胞将沿着各自的发育途径走下去。在出生前几天，器官继续形成，胚胎体积逐渐增大。从交配受精开始，受精卵一般需经 19-20 天的发育形成幼鼠。

图3. 小鼠从受精卵到出生前发育特征

小贴士人类胚胎发育分期

人类的胚胎期可分为 23 个 Carnegie stages。Carnegie 是美国一家历史研究所的名称，该研究所对这些发育阶段进行了分类。Carnegie stages 是基于脊椎动物胚胎的外部和内部形态发育，而不是直接依赖于年龄或大小划分的。由于这一阶段适用于所有脊椎动物，且大多数脊椎动物胚胎在胚胎期发育的方式基本相同，我们可以直接比较不同物种的发育时间。

图4. 小鼠、大鼠和人类胚胎发育 Carnegie stages 比较

小鼠胚胎可以根据多种标准进行分期，其中最普遍的是泰勒在《The House Mouse: Atlas of Mouse Development》(Springer-Verlag, New York, 1989) 中描述的分期标准，即 Theiler Stage。但 Theiler Stage 过于宽泛，无法区分早期发育的许多重要阶段，因此常常辅以其他标准，如细胞数、体节数等。

图5. 小鼠各个 Theiler Stage 影像

我们今天简要介绍了小鼠胚胎发育的过程，但新生命孕育的神奇之处在于，它不仅仅是一个受精和胚胎发育的过程。追溯源头，从原始生殖细胞的起源和迁移，到性别决定，再到精子以及卵母细胞的发生，无一不是新生命孕育的必备过程。不禁感叹大自然的奇妙，一个生命发生，下一个生命便已经开始孕育。

南模生物模式生物服务

南模生物秉承"编辑基因，解码生命"为己任，聚焦生命科学研究和新药研发领域。通过以 CRISPR/Cas、ES 细胞打靶等基因编辑技术的应用创新为先导，打造了以模式生物基因组精准修饰、基因功能表型分析、药物筛选与评价为核心的技术平台，构建了覆盖人类基因的活体模型资源库。

目前累计构建 1 万多种各类基因修饰模型，还可提供以下遗传育种相关技术服务：

· 饲养繁育服务 包括 ModelBooster 快速繁育服务、自然繁育服务、大小鼠饲养管理服务

· 保种与净化 冻存、保种服务、复苏、生物净化服务

· 鉴定与兽医 大小鼠鉴定服务、兽医服务、动物房委托管理服务

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参考文献

[1] 安德拉斯·纳吉. 小鼠胚胎操作实验手册(原著第三版)[M]. 化学工业出版社, 2006.

[2] Takaoka K, Hamada H. Cell fate decisions and axis determination in the early mouse embryo [J]. Development, 2012, 139(1):3-14.

[3] Theiler K. The House Mouse [M]. Springer Berlin Heidelberg, 1989.

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上海南方模式生物科技股份有限公司（Shanghai Model Organisms Center, Inc.，简称"南模生物"），成立于 2000 年 9 月，是一家上交所科创板上市高科技生物公司（股票代码：688265），始终以编辑基因、解码生命为己任，专注于模式生物领域，打造了以基因修饰动物模型研发为核心，涵盖多物种模型构建、饲养繁育、表型分析、药物临床前评价等多个技术平台，致力于为全球高校、科研院所、制药企业等客户提供全方位、一体化的基因修饰动物模型产品解决方案。

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