文章專區

自然界充滿了對稱與不對稱之美，有研究曾經顯示大家公認的俊男美女，都有著極為對稱的五官。然而兩側對稱的動物如人類，雖然外表是左右鏡像對稱，但我們的內部器官卻左右不對稱。這樣的器官配置，是源自於胚胎發育的早期左右有著不同的調控機制。發育生物學家長久以來對於胚胎的左右不對稱發育充滿了好奇心，近二十年來的研究已漸漸的解開了調控左右不對稱發育的分子機制。本文將對早期胚胎的左右不對稱發育機制以及最近在海膽胚胎兩側發育調控的新發現做一介紹。

對稱與不對稱

在自然界的動物中，除了海綿和腔腸動物（如水母、珊瑚等）之外，大多數的動物都屬於兩側對稱動物。兩側對稱的動物外表雖為左右對稱，但其內部器官自發育早期就會在體內左右兩側不對稱的發育，最後導致外部對稱而內部卻不對稱的身體體制。例如我們的心臟朝向左邊， 肝臟在右邊，胃和脾臟在左側，肺臟的左肺有兩片肺葉而右肺有三片肺葉。這個調控左右不對稱的發育機制，很忠實的在胚胎成長過程中執行，以確保身體器官在正確的位置上發揮功能。在極少數的例子裡，器官會發生左右錯置（內臟轉位症），若是左右器官完全鏡像顛倒（發生率小於萬分之一），通常並不影響整體生理正常運作，有的患者甚至不會發覺。然而若是部份的器官左 右錯置，則可能會影響器官的功能並產生疾病。

肺臟的左肺有兩片肺葉而右肺有三片肺葉。這個調控左右不對稱的發育機制，很忠實的在胚胎成長過程中執行，以確保身體器官在正確的位置上發揮功能。在極少數的例子裡，器官會發生左右錯置（內臟轉位症），若是左右器官完全鏡像顛倒（發生率小於萬分之一），通常並不影響整體生理正常運作，有的患者甚至不會發覺。然而若是部份的器官左右錯置，則可能會影響器官的功能並產生疾病。

脊椎動物胚胎的左右

不對稱發育機制動物的發育自精卵結合後，經過一連串的細胞分裂與移動，形成兩側對稱的胚胎。在脊椎動物的胚胎研究中，發育生物學家發現早在形態上能夠區分左右構造的不同之前，基因表現就已經有了左右不對稱的現象。其中最為人所知的，就是 nodal 訊息分子。在所有研究的脊椎動物早期胚胎中，nodal 基因都在左側啟動，其訊息傳遞接著開啟了一連串在左邊表現的基因，導致身體 左右側的不同命運。另一個與調控左右不對稱相關的因子是 BMP 訊息分子，在數個脊椎動物的模式生物中，BMP 的訊息傳遞都 在右側活化。然而最令人感到好奇的是最初打破左右對稱的機制究竟為何？從二十世紀末至今一連串在老鼠胚胎的實驗，證實了在早期鼠胚一個長滿纖毛的構造（稱為 node），因其纖毛的擺動造成往左的水流，打破了早期的對稱性，也造成了 nodal 在左側的表現。這些實驗結果首次對人類的內臟轉位症與纖毛運動障礙的相關性做出可能的解釋。 然而，其他脊椎動物似乎會利用不同的機制來打破早期的對稱性。例如在雞胚、蛙胚、以及斑馬魚胚胎的研究中都發現了早期離子通道活性的不均勻，對其左右不對稱的建立很重要。因此，雖然不同的脊椎動物胚胎可能利用不同的機制來打破早期發育的對稱性，但其共同的結果均會導致 nodal 在左邊表現，並且脊椎動物中的 nodal 與 BMP 分別控制左右兩邊的發育也似乎是個普遍的現象。……【更多內容請閱讀科學月刊第519期】