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胚胎植入的过程涉及囊胚和子宫内膜两部分，其中囊胚获得植入能力即囊胚激活是成功植入的先决条件。在啮齿类动物中，囊胚激活的概念源于胚胎延迟植入现象的发现。在小鼠和大鼠中，哺乳期的母鼠可以发生交配，但如果继续哺乳幼仔，其妊娠分娩时间比正常妊娠明显延长。这一现象主要是由于胚胎进入子宫腔后未立即发生植入反应，而是游离在子宫腔中，称为胚胎延迟植入。在胚胎延迟植入的过程中，游离在子宫腔中的囊胚处于一种代谢等活动比较低的生理状态，称为囊胚休眠。在这期间，囊胚代谢进入休眠状态，不能起始与子宫的黏附反应。对休眠囊胚滋养层细胞亚显微结构的观察揭示出其形态学结构发生的细微变化，如核糖体以单体形式存在、内质网轮廓不明显、高尔基体发育不完全。囊胚这种休眠状态可在子宫腔内维持数天甚至数周，其中细胞自噬在维持囊胚休眠中发挥了一定作用。但在适宜的条件下，囊胚可以迅速被激活，重新进行发育并发生黏附和侵入。
目前已知的具有囊胚休眠现象的哺乳动物有100多种。有些在外界因素诱导下发生，如哺乳诱导的小鼠胚胎延迟植入；有些由物种本身的特性决定，每次妊娠都会出现胚胎延迟的现象。囊胚休眠的现象对于物种适应季节变化和食物供应等具有重要的意义，使雌性动物在合适的时间段起始植入和后续的妊娠事件（Zhang et al.，2013）。
后来研究发现，诱导小鼠胚胎进入休眠的关键因素是胚胎植入前的雌激素缺失，哺乳的刺激抑制了卵巢卵泡的发育和雌激素的合成分泌。如果在胚胎植入前给予小鼠低剂量雌激素，即可在哺乳的孕鼠中起始植入反应。正常妊娠过程中，妊娠第4日上午胚胎植入窗口前有一个小的雌激素分泌峰，对诱导子宫进入容受态和囊胚的激活具有关键的作用。此时如果摘除卵巢，去除雌激素的分泌会导致正常的胚胎植入不能发生。如果从妊娠第5日给卵巢摘除的孕鼠补充孕激素，则会使子宫处于中性态并维持胚胎在子宫中的休眠。如果再给予少量的外源性雌激素，则能够重新诱发植入反应。这种模型的建立为认识和研究囊胚激活提供了重要的工具。
胚胎移植模型在胚胎植入研究领域中发挥了重要作用。雌性小鼠与结扎公鼠交配后，其内分泌激素与正常妊娠一致，但生殖道中没有胚胎的存在，称为假孕小鼠。假孕小鼠的子宫容受性建立正常（详见本章第二节），但如果为其移植胚胎，胚胎在此类小鼠中也可以完成植入和后续的发育过程。这种模型为分析胚胎植入过程中子宫或胚胎因素提供很大的便利。
囊胚激活对于胚胎植入关键作用的确凿证据来自SK. Dey实验室于20世纪90年代初开展的一个经典实验：向雌激素处理后的假孕延迟植入小鼠（子宫处于容受态）子宫中移植处于休眠或激活状态的囊胚，发现处于激活状态的囊胚比休眠的囊胚具有更高的植入能力。该结果表明，胚胎植入过程中囊胚获得植入能力是一个独立的过程，胚胎植入的发生不仅仅是子宫获得容受性，囊胚也需要在功能上分化获得植入的能力。
延迟植入小鼠中的休眠囊胚在注射雌激素后能够起始胚胎植入，说明雌激素在介导子宫容受性建立和囊胚激活过程中有重要作用。由于雌激素受体（estrogen receptor，ER）存在于植入前的小鼠胚胎中，人们曾经认为雌激素能够引发囊胚激活并进行植入。然而，ER的特异性拮抗剂不能阻止囊胚进入激活状态，而且雌激素不能激活体外培养的休眠囊胚，提示存在一种区别于经典核内ER信号的通路参与体内囊胚激活。进一步研究显示，内源雌激素的儿茶酚类代谢物4-羟基雌二醇（4-hydroxy-estradiol，4-OH-E 2 ）能够通过刺激前列腺素合成来有效地启动囊胚激活。处于容受性的子宫在胚胎植入前表达可以将天然雌激素转化成为儿茶酚胺类雌激素的代谢酶，表明在生理情况下子宫局部产生的儿茶酚类雌激素可指导囊胚激活，进而植入。
除雌激素相关的信号外，其他几种信号分子也被证实参与囊胚的激活过程，主要包括内源大麻素信号和Wnt信号。致精神兴奋的大麻素是大麻中的主要成分，可通过激活G蛋白偶联的细胞表面受体发挥主要效应，这类受体包括大麻素受体 1（cannabinoid receptor 1，CB1）和大麻素受体 2（cannabinoid receptor 2，CB2）。内源性大麻素配体主要是花生四烯酸乙醇胺（anandamide）和2-花生四烯酸甘油，妊娠早期的子宫也能合成这些配体。
在围植入期，子宫花生四烯酸乙醇胺配体和囊胚CB1受体的水平受到精确地调控。非容受性子宫中的配体和休眠囊胚中的CB1受体维持较高水平，但随着子宫进入容受态及囊胚激活，它们同时被下调。进一步研究发现，配体花生四烯酸乙醇胺以浓度依赖性的方式，通过CB1受体激活丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号或Ca 2+ 通道活性，从而调控囊胚植入的功能。例如：低浓度的花生四烯酸乙醇胺诱导MAPK信号通路激活，并促进囊胚获得植入能力；但是较高浓度的花生四烯酸乙醇胺会通过抑制Ca 2+ 的流动减弱这一效应。因此，子宫内产生的适当水平的内源性大麻素可促使囊胚激活并使子宫进入容受态达到同步化，从而实现胚胎植入。子宫内源性大麻素或囊胚CB1受体水平的异常会干扰植入期胚胎-子宫的正常“对话”，从而导致早期妊娠失败。值得注意的是，女性自发流产与花生四烯酸乙醇胺水平升高存在联系，这进一步巩固了内源性大麻素信号是植入期胚胎命运的一个重要决定因素。
在研究Wnt信号对胚胎植入影响的过程中发现，过表达经典Wnt信号的抑制因子DKK会造成胚胎植入的失败，进一步的胚胎移植实验证实Wnt信号的阻断主要影响囊胚获得植入能力的过程，而对于子宫容受性的建立没有影响。研究还发现，经典Wnt信号和前列腺素信号通路可以协同促进囊胚获得植入能力。这与早期的发现是一致的，即前列腺素生物合成的限速酶环氧化酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）的表达在经儿茶酚类雌激素处理的激活囊胚中被大幅上调。
组学技术手段的发展对于全面鉴定囊胚激活过程中差异表达的分子和分泌因子起到了重要的推动作用。利用延迟植入模型收集雌激素诱导前的休眠囊胚或诱导后的激活囊胚，结合芯片技术分析发现，在休眠和激活囊胚中大量差异表达的基因，使我们能够在分子水平上整体区分和认识这两种生理状态不同的囊胚。根据功能分类可以将表达变化的基因分为细胞周期、细胞信号及能量代谢通路等相关通路。通过蛋白组学的技术，在蛋白整体表达水平证实了葡萄糖的有氧糖酵解、溶酶体激活等胞内事件参与囊胚激活的过程。
在人类的妊娠过程中是否有囊胚休眠现象目前还不确定，但是有临床线索提示胚胎发育存在潜能的差异。因此，根据小鼠等模式动物中囊胚激活现象开展分子水平的研究，深入理解囊胚在获得植入能力的过程中关键的调控因子和差异标记分子，至少能够为辅助生殖实践中胚胎体外培养体系的优化、高质量移植胚胎的评价和选择提供一定的指导和借鉴。同时，近期对于mTOR相关信号参与调节囊胚进入和维持休眠的研究，使胚胎干细胞的保存可以不依赖低温冻存，只需加入相关抑制剂，使细胞进入一种类似休眠的状态，去除抑制剂后细胞可重新激活并且干细胞的性质不会受到影响。这也提示，在临床辅助生殖的操作中有可能通过对胚胎的处理使胚胎进入类似休眠的状态，在合适的时间重新激活，以克服子宫内膜容受性与胚胎发育不同步造成的移植难题等。
（王海滨 陈琼华）