两细胞胚胎开始分裂进入四细胞阶段。微管呈黄色，染色体呈白色。图片来源：丽莎·岩本-斯托尔（Lisa Iwamoto-Stohl），泽尼克-戈茨实验室（Zernicka-Goetz Lab）
近六分之一的夫妇面临生育问题，体外受精（IVF）已成为一种越来越普遍的生殖技术。然而，关于胚胎基本生物学的许多科学问题仍未得到解答，包括决定胚胎存活力的因素，这些问题如果得到解决，最终可能会提高体外受精的成功率。
加州理工学院的一项新研究考察了仅由两个细胞组成的鼠胚，即它们完成第一次细胞分裂后。这项研究首次表明，这两个细胞存在显著差异——每个细胞具有不同水平的特定蛋白质。
重要的是，该研究揭示，在分裂后保留精子进入点的细胞最终将构成发育中身体的大部分，而另一个细胞则主要贡献于胎盘。虽然这些研究是在鼠模型上进行的，但它们为理解人类胚胎如何发育提供了关键指导。事实上，研究人员还评估了第一次细胞分裂后的人类胚胎，发现这两个细胞同样存在显著差异。
该研究主要在生物学和生物工程布伦教授（Bren Professor）玛格达莱娜·泽尼克-戈茨（Magdalena Zernicka-Goetz）的实验室进行，并发表在《细胞》（Cell）杂志上。
精子细胞使卵细胞受精后，新形成的胚胎开始分裂和增殖，最终在一生中发展成为构成成人人体的数万亿个细胞。每个细胞都有专门的工作：免疫细胞巡逻并消灭入侵者，神经元发送电信号，皮肤细胞保护身体免受外界环境影响，这只是其中几个例子。
受精卵分裂成两个细胞，DNA呈蓝色，肌动蛋白呈红色，微管呈绿色。图片来源：泽尼克-戈茨实验室（Zernicka-Goetz Lab）
此前人们认为，发育中胚胎的所有细胞都是相同的，至少在胚胎包含16个或更多细胞之前的阶段是如此。但这项新研究表明，即使是两细胞阶段胚胎的两个细胞之间也存在差异或不对称性。这些差异使细胞能够特化——在这种情况下，导致身体和胎盘的形成。在此阶段，胚胎的细胞被称为卵裂球（blastomeres）。
研究团队发现了大约300种在两个卵裂球之间分布不同的蛋白质：一些在一个细胞中过度产生而在另一个细胞中缺乏，反之亦然。所有这些蛋白质对于协调构建和降解其他蛋白质的过程都至关重要，因为母体提供的蛋白质补充量减少，并被胚胎自身产生的蛋白质所取代。
精子进入细胞的位置似乎是决定哪个卵裂球将扮演何种角色的关键因素。发育生物学家长期以来一直认为哺乳动物精子仅仅提供遗传物质，但这项新研究表明，精子的进入点会向正在分裂的胚胎发送重要信号。
这一现象的机制仍不清楚；例如，精子可能贡献了特定的细胞结构（细胞器），或调节性RNA，或具有机械输入。未来的研究将集中于理解这一机制。
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