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为探究合子基因组激活（ZGA）调控机制，研究人员研究 Trps1，发现其经 PDE4D/AKT/CREB 通路影响 ZGA 和胚胎发育。
在生育话题备受关注的当下，随着我国三孩政策的推行，人们生育意愿有所提升，然而，环境污染、生育年龄推迟、生活压力增大等因素却让不孕不育的发生率不断攀升。据相关报告显示，2023 年我国不孕不育率预计将达到 18.2%。辅助生殖技术虽能在一定程度上帮助不孕患者，但存在着床率低、流产率高的问题。合子基因组激活（ZGA）是指精子和卵子结合形成受精卵后，受精卵基因组开始转录的过程，这一过程对早期胚胎发育至关重要，一旦失败，极易导致早期胚胎发育异常，是胚胎在植入前发育停滞的主要原因。目前，ZGA 在哺乳动物中的调控机制仍未完全明晰，因此，寻找 ZGA 过程中的关键转录因子迫在眉睫，这将有助于深入理解 ZGA，提高辅助生殖技术的成功率。
福建医科大学的研究人员为了探索这一难题，开展了关于 Trps1（tricho-rhino-phalangeal syndrome 1）在小鼠植入前胚胎发育中作用的研究。研究发现，Trps1 通过调控 PDE4D/AKT/CREB 信号通路，在小鼠早期胚胎发生中发挥着关键作用，这一成果为生殖医学领域带来了新的曙光。该研究成果发表在《Cell Biology and Toxicology》杂志上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。利用 RNA 干扰（RNAi）技术敲低 Trps1，以此探究其对胚胎发育的影响；借助 CUT&Tag 技术，观察 TRPS1 影响 ZGA 的具体机制；通过免疫荧光染色，直观地观察相关蛋白的表达和定位；运用实时定量 PCR（Real-time PCR），精准检测基因的表达水平；采用蛋白质免疫印迹（Western blot），分析蛋白的表达情况 。
研究结果如下：
- TRPS1 在小鼠 2 - 细胞胚胎中的靶基因：研究人员在敲低小鼠 2 - 细胞胚胎中的 Trps1 后进行 RNA 测序，发现 1035 个 ZGA 基因的表达出现差异。通过 CUT&Tag 技术筛选发现，TRPS1 调控的基因与 “胚胎发育”“发育过程”“系统发育” 等过程相关，京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析表明，这些基因与 PI3K/AKT 信号通路有关，且有 19 个 ZGA 基因直接受 TRPS1 调控，与 “细胞分化” 和 “蛋白质稳定性调节” 相关。
- Trps1 调节 2 - 细胞胚胎中 AKT 和 CREB 的磷酸化水平：先前研究表明 AKT 通路与 ZGA 密切相关，激活的 AKT 可磷酸化下游底物 CREB，影响细胞生理过程。此次研究发现，敲低 Trps1 后，Akt 和 Creb 的 mRNA 表达无显著变化，但 AKT 和 CREB 的磷酸化水平下降。在 Trps1 缺失的胚胎中补充 Trps1 mRNA 后，2 - 细胞胚胎的发育停滞以及 AKT 和 CREB 激活降低的情况得到缓解，这表明 Trps1 可能通过调节 AKT 和 CREB 的磷酸化水平影响 2 - 细胞胚胎向 4 - 细胞胚胎的发育进程。
- AKT 激动剂 SC-79 缓解 Trps1 缺失导致的 2 - 细胞胚胎发育停滞：为进一步探究 Trps1 是否通过 AKT/CREB 通路参与 ZGA 过程的调控，研究人员在 Trps1 缺失的 1 - 细胞胚胎中加入 AKT 激动剂 SC-79。结果显示，Trps1 siRNA 组 2 - 细胞向 4 - 细胞胚胎的转化率显著降低，而 SC-79 处理可显著提高 4 - 细胞胚胎的发育率。同时，SC-79 能缓解因 Trps1 缺失导致的 AKT 和 CREB 磷酸化水平下降，以及 ZGA 基因表达的减少，这进一步证实了 Trps1 可能通过调节 AKT 和 CREB 的磷酸化水平影响胚胎发育过程。
- Trps1 敲低降低小鼠 2 - 细胞胚胎中 Pde4d 的表达：CUT&Tag 分析和 ChIP-qPCR 表明，TRPS1 能够与 Pde4d 的启动子结合，敲低 Trps1 后，Pde4d 的表达下降。免疫荧光染色显示，PDE4D 在 1 - 细胞和 2 - 细胞胚胎的细胞核中高表达，与 TRPS1 的表达一致。降低 Pde4d 的表达会下调 AKT 和 CREB 的磷酸化水平，阻碍 2 - 细胞胚胎的发育。此外，与单独注射 Pde4d siRNA 相比，SC-79 处理可恢复因 Pde4d 敲低导致的 AKT/CREB 通路抑制，促进 2 - 细胞向 4 - 细胞胚胎的转化，这表明 Pde4d 可能通过激活 AKT/CREB 通路参与调节小鼠植入前胚胎的发育。
- 补充 Pde4d 缓解 Trps1 缺失导致的 2 - 细胞胚胎发育停滞：研究人员在 Trps1 缺失的胚胎中显微注射 Pde4d mRNA，结果显示，与 Trps1 siRNA 组相比，Trps1 siRNA + Pde4d mRNA 组中 2 - 细胞胚胎向 4 - 细胞胚胎的转化率增加，且该组中 AKT 和 CREB 的磷酸化水平显著提高，而 AKT 和 CREB 蛋白的表达无明显变化，这表明 Trps1 可能通过调节 Pde4d 的表达影响 2 - 细胞 / 4 - 细胞胚胎的转变。
研究结论和讨论部分指出，ZGA 是新生命的首次转录事件，是胚胎编程的起点，但在哺乳动物中其调控机制大多未知。该研究证实，TRPS1 可增强 Pde4d 的转录，激活 AKT/CREB 通路，进而调控 ZGA 过程。TRPS1 作为一种非典型 GATA 转录因子，与调控果蝇 ZGA 的 Zelda 蛋白结构相似，都有六个 C2H2 锌指结构。AKT 在胚胎发育中起关键调节作用，其激活对小鼠早期胚胎发育至关重要，CREB 作为 AKT 的下游因子，也对胚胎发育有重要影响。Pde4d 在癌症中与 AKT 通路密切相关，在本研究中也证实其在早期胚胎发育中通过影响 AKT 激活来调控 ZGA。综上所述，该研究揭示了 TRPS1 通过靶向 Pde4d 调节 AKT 和 CREB 的磷酸化，影响 ZGA 过程和小鼠植入前胚胎发育的机制，为深入理解胚胎发育的调控机制提供了新的视角，也为临床筛选高质量受精卵提供了潜在的候选基因，有望为改善辅助生殖技术的成功率提供理论依据和新的研究方向 。
