在哺乳动物早期胚胎发育过程中,细胞的生长和增殖都是动态变化的。细胞基因组的转录产生各种分子参与发育调控,同时表观和代谢在发育过程中也发生了剧烈的变化。这一过程中分子调控机制十分重要,因为其直接参与了胚胎基因组激活和细胞命运决定。代谢和表观调控之间协同作用来参与和推进早期胚胎的发育过程。随着少量细胞测序技术等技术的发展,人们对胚胎发育过程中表观变化有了一定的研究,但对早期胚胎发育代谢方面了解不多。因此,我们利用新开发的少量细胞代谢组学完成了对早期胚胎发育进行了代谢谱的分析,并研究早期胚胎重要代谢物如何影响胚胎发育中的表观遗传重塑。对胚胎发育过程中代谢调控和表观调控的研究将为我们理解胚胎发育这一重要生理过程本身,以及理解在再生医学中具有重要作用的胚胎干细胞提供重要的理论基础。此外,对胚胎代谢调控与基因调控的研究,能够增强我们对体外培养胚胎的营养条件如何影响胚胎发育的认识,从而提升体外受精和胚胎培养等人工辅助生殖等关键技术的效率。我们首先利用公共数据库分析了卵子、小鼠早期胚胎以及植入后6.5天胚胎的转录组,重建了从胚胎全能性到多能性过程中的代谢网络,并将胚胎发育过程中的重要转录因子与已知和它们结合的下游代谢基因分析整合成胚胎发育转录因子调控代谢的网络图。结果表明受精后随着胚胎发育,网络复杂程度逐渐增加。这为我们下面利用早期胚胎进行代谢组学提供了理论基础。另外,我们收集了两个重要时期的胚胎,2-细胞期和囊胚期进行代谢组学。2-细胞是合子基因组激活的阶段,而囊胚期胚胎分化出不同类型的细胞-滋养层细胞和内细胞团细胞。另外我们还收集了它们在体外的对应的2-细胞样细胞和胚胎干细胞。代谢组学结果显示2-细胞与囊胚期具有不同的代谢偏好。通过在该时期表达较高的代谢物进行通路富集分析,可以发现2-细胞胚胎和2-细胞样细胞倾向利用甲硫氨酸、多胺和磷脂酰肌醇,并处于更还原的状态,而囊胚和胚胎干细胞主要利用线粒体TCA循环,处于更氧化的状态。此外,我们还发现了α-酮戊二酸（α-KG）及其竞争性抑制剂L-2-羟基戊二酸（L-2-HG）在胚胎中的动态变化,即在卵母细胞、受精卵以及2-细胞胚胎中存在较高的L-2-HG,且在这三个时期是逐渐减少的,α-KG在这三个时期都很低,而在囊胚中存在较高的TCA中间产物α-KG,L-2-HG含量低。由于α-KG对于胚胎干细胞去甲基化很重要,而L-2-HG作为α-KG的竞争性抑制剂,阻碍去甲基化的发生。α-KG与L-2-HG之间的变化与胚胎早期需要擦除组蛋白甲基化和DNA甲基化的需求是一致的。总之,通过这个研究,我们发现胚胎发育不同时期代谢特征不同,另外对代谢物L-2-HG的研究表明,胚胎发育中的代谢物能够主动参与发育过程中的表观重塑调控。因此代谢在早期胚胎发育过程中是动态变化的并且参与了表观调控和基因调控网络的重塑。本研究一方面丰富了早期胚胎发育的理论知识,另一方面为优化胚胎体外培养提供理论基础。