不同物種間的胚胎發(fā)育過程相對保守，但發(fā)育速率卻存在較大差異，與物種的壽命、體型和其他生活史特征有關。在哺乳動物中，體型較大的物種，如人類，發(fā)育速率通常較慢，壽命更長，雖然早期小鼠胚胎和人類胚胎發(fā)育步驟相同，總體積相似，但人類胚胎的發(fā)育速率要比小鼠胚胎慢2-3倍。長期以來，人們一直認為生化反應速率的差異，包括蛋白質產生和降解的速度，是導致物種特異性發(fā)育速率差異的原因之一。但是造成不同物種之間生化反應速率差異的原因尚不清楚。

 

2023年1月份哈佛醫(yī)學院研究團隊在《Nature》主刊發(fā)表題為“Metabolic regulation of species-specific developmental rates”的文章，對物種發(fā)育速率的代謝調節(jié)進行研究。研究人員利用多能干細胞（PSC），建立了一套體外系統(tǒng)，重構了小鼠和人類胚胎之間兩倍的發(fā)育速率差異，并發(fā)現在小鼠細胞中，代謝速率更快，同等質量下，代謝速率與發(fā)育速率成正比，通過抑制電子傳遞鏈來降低代謝速率可以破壞細胞內NAD+/NADH氧化還原平衡，降低總蛋白合成速率，從而降低發(fā)育速率；而過表達乳酸桿菌NADH氧化酶lbNOX可以提高翻譯速率，加快發(fā)育速率。

分節(jié)時鐘是一種在節(jié)前中胚層（PSM）細胞中運行的分子振蕩器，在脊椎動物胚胎中控制體節(jié)形成的周期。研究團隊利用多能干細胞（PSC）衍生的胚胎體節(jié)段（PSM）細胞建立小鼠和人類體節(jié)時鐘的模型。他們開發(fā)了一套方法，在相同條件下誘導小鼠和人類PSC分化為PSM，他們發(fā)現小鼠細胞1-2天可以完成分化，而人類細胞則需要2-3天才能完成分化，小鼠PSM細胞周期的持續(xù)時間更短，分節(jié)時鐘震蕩也更頻繁，說明小鼠和人類PSM細胞體外分化的發(fā)育速率差異大約是2倍（圖1）。
 
研究發(fā)現，人類PSM細胞的體積和重量大約是小鼠PSM細胞的兩倍(圖2) 。通過將代謝速率與細胞的體積或質量進行歸一化，發(fā)現小鼠細胞質量特定的氧耗率和酸化率（ECAR）是人類細胞的兩倍。此外，小鼠細胞的葡萄糖消耗和乳酸分泌速率也顯著高于人類細胞，小鼠細胞的呼吸速率更高，線粒體膜電勢更低，因此，細胞大小和代謝物質的差異可能是影響蛋白質合成速率的因素。具體來說，小鼠細胞的代謝速率更高，可能導致蛋白質合成速率增加。

圖2. 與人類PSM細胞相比，小鼠PSM細胞的質量特異性代謝率升高
a. 用coulter計數器測量MSGN1-Venus+ PSM來源的小鼠和人PSM細胞的體積
 

綜上，本研究部分解釋了小鼠和人類早期胚胎階段的發(fā)育速率差異，這種種間發(fā)育速率的差異可追溯到遺傳原因，未來的研究有望實現從外部調控發(fā)育速率，在人類干細胞治療和體外疾病建模中具有重要應用。

文章中研究者采用美國Orflo Technologies公司的Moxi GO II快速流式細胞儀，多次對人類和小鼠的PSM細胞進行精確的體積測量（圖3），及將代謝速率與細胞的體積或質量進行歸一化處理。
 

美國Orflo Technologies公司將行業(yè)公認的細胞計數金標準——庫爾特原理(Coulter Principle)，與熒光流式檢測技術相結合，推出的新一代快速流式細胞儀——Moxi GO II，提供超準確的細胞計數、細胞活率檢測，以及超高分辨率的細胞粒徑測量。庫爾特原理對顆粒個體進行逐個三維測量，不但能準確測量顆粒的粒徑分布，更能進行粒子絕對數目和濃度的測量。由于檢測時不受激光衍射、散射因樣本顏色或濃度變化的影響，庫爾特原理所測粒徑大小更接近真實。
 

Moxi GO II快速流式細胞儀
 

Moxi GO II快速流式細胞儀，采用庫爾特原理進行細胞計數和粒徑測量，同時采用488nm激光光源，結合兩個PMT通道，525/45nm通道和561nm/LP（或者646nm/LP，可根據需要更換），進行細胞活率、細胞凋亡、轉染效率、活性氧簇、線粒體膜電位等常規(guī)流式檢測。儀器設計小巧輕便，無需預熱，開機即用，預設程序，觸屏操控，運行后10秒即可給出測試結果，使用后也無需清潔維護。無論是經驗豐富的流式專家，還是初試身手的實驗小白，Moxi Go II都可以助您輕松完成實驗。
 

美國Orflo Technologies公司是一家非常專業(yè)的細胞分析儀器研發(fā)和制造企業(yè)，擁有多項專利技術，產品以庫爾特原理的高精細胞計數儀和超快流式細胞儀為主。

環(huán)亞生物，生命科學產品全國性代理商，不斷把國外頂級的創(chuàng)新產品引入中國。環(huán)亞生物具備完善的公司運營、產品管理、營銷、售前技術支持和售后維修體系。作為Orflo Technologies中國地區(qū)獨家代理，環(huán)亞生物科技有限公司全權負責Orflo Technologies產品在中國地區(qū)的推廣、銷售，為廣大用戶提供專業(yè)的技術咨詢和產品服務。

文獻全文網頁鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05574-4 

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