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在胚胎发育研究中，为探究胰岛素样生长因子 1（IGF-1）对猪胚胎早期发育的影响及与 Wnt/β-catenin 信号通路的关系，研究人员开展相关实验。结果发现 IGF-1 能促进滋养外胚层（TE）细胞增殖，该研究为改善家畜繁殖效率提供新方向。
在神秘的生命起始阶段，胚胎发育一直是科学界重点关注的领域。早期胚胎发育的前植入阶段，对于胚胎的正常形成、成功着床以及维持妊娠都至关重要。这一过程中，各种信号分子相互协作，共同推动胚胎的生长和发育。胰岛素样生长因子 1（IGF-1）作为其中的关键角色，在多种物种的早期胚胎发育中，对细胞的生长、存活和分化都起着不可或缺的作用。然而，在猪胚胎的发育研究中，仍存在一些亟待解决的问题。虽然已知 IGF-1 在胚胎发育中意义重大，但它对猪胚胎滋养外胚层（TE）细胞生长的影响尚不明确。TE 细胞在胚胎发育里责任重大，它不仅要维持囊胚结构，还要构建胎盘以实现母体与胚胎间的营养交换，保障胚胎成功着床 。可体外培养时，TE 细胞的增殖情况远不如在体内，一旦 TE 细胞发育出现问题，就可能导致胚胎着床失败或早期丢失。同时，IGF-1 与 Wnt/β-catenin 信号通路之间的关系也未完全明晰，尤其是在猪胚胎 TE 细胞分化方面。为了深入了解这些关键问题，韩国研究机构的研究人员开展了一项针对 IGF-1 对猪胚胎早期发育影响的研究，该研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上。
研究人员在实验过程中，运用了多种关键技术方法。他们从当地屠宰场获取猪卵巢，收集卵母细胞进行体外成熟（IVM）培养。成熟的卵母细胞经孤雌激活处理后，放入特定培养基进行体外培养（IVC）。实验中，研究人员设置不同处理组，分别添加不同浓度的 IGF-1、IGF-1 受体抑制剂（PPP）和 Wnt/β-catenin 信号通路激活剂（ChiR99021） 。通过终端脱氧核苷酸转移酶介导的 dUTP 缺口末端标记（TUNEL）实验检测细胞凋亡情况；利用免疫荧光技术观察相关蛋白的表达和定位；采用定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR）测定基因转录水平；运用蛋白质免疫印迹法（Western blot）分析蛋白表达量。
在研究结果部分，首先是 IGF-1 对猪早期胚胎发育的影响。研究人员检测发现，IGF-1 受体（IGF-1R）在胚胎发育早期，从 1 细胞阶段到囊胚阶段，始终稳定地定位于细胞质和细胞膜。给胚胎培养体系中添加不同浓度的 IGF-1 后，发现 100μM 的 IGF-1 能显著提高胚胎的发育水平，特别是囊胚形成率，同时减少囊胚中凋亡细胞的数量，增加总细胞数和 TE 细胞数量，这表明 IGF-1 能够提升胚胎的体外发育能力。
其次，研究人员发现 IGF-1 在 IVC 后期作用更显著。考虑到胚胎发育与合子基因组激活（ZGA）密切相关，研究人员推测 IGF-1 可能促进早期 ZGA 进而影响胚胎发育，但实验结果显示 IGF-1 对 ZGA 相关基因的表达并无显著影响。于是，研究人员将 6 天的发育周期分为两个阶段，即 0 - 3 天（IGF-E）和 3 - 6 天（IGF-L）。结果发现，在后期（IGF-L）添加 IGF-1，能更有效地提高囊胚形成率、增加总细胞数、促进囊胚扩张，同时降低细胞凋亡率并增加 TE 细胞数量。
再者，IGF-1 能促进 TE 细胞分化并增加紧密连接蛋白的表达。免疫荧光分析表明，经 IGF-1 处理后，TE 细胞中紧密连接蛋白 E-cadherin（CDH1）和 occludin（OCLN）的荧光强度增强，已知的 TE 细胞分化调节因子 YAP1 的表达也上调。进一步分析发现，与 TE 细胞分化相关的基因，如 CDX2、GATA3、YAP1 和 TEAD4，以及紧密连接蛋白基因 CDH1 和 OCLN 的转录水平都因 IGF-1 处理而升高，就连编码细胞黏附和分化关键蛋白的 β-catenin 基因转录水平也上升，这说明 IGF-1 不仅能推动细胞向 TE 细胞分化，还能增强 TE 细胞的功能特性。
然后，IGF-1 处理会增加 Wnt/β-catenin 通路的活性。Western blot 检测结果显示，IGF-1 处理后，虽然总 β-catenin 水平变化不明显，但活性 β-catenin 显著增加。同时，β-catenin 激活时表达的增殖相关基因，如 CDK1、CCND1、c-myc 和 PPARγ 的转录水平也显著上升。研究还证实 IGF-1 与 AKT 表达水平增加有关，而 AKT 与 Wnt 信号通路紧密相连，这表明 IGF-1 可通过激活 Wnt/β-catenin 通路促进细胞增殖相关基因的转录。
最后，研究表明 IGF-1 在 IVC 后期通过激活 Wnt/β-catenin 通路来调控胚胎发育能力和 TE 细胞增殖。用 IGF-1R 抑制剂 PPP 处理胚胎后，囊胚发育率、细胞数量下降，凋亡细胞数量和 ICM 细胞数量增加，TE 细胞数量显著减少。而添加 IGF-1 和 ChiR 处理后，这些变化得到恢复。Western blot 和基因转录水平分析结果也显示，PPP 处理会降低 β-catenin 活性和相关增殖基因表达，IGF-1 和 ChiR 处理则能逆转这些变化，这充分说明 IGF-1 通过 Wnt/β-catenin 通路调控囊胚形成和 TE 细胞增殖。
研究结论和讨论部分，此次研究揭示了 IGF-1 在猪胚胎 TE 细胞形成过程中起着至关重要的作用，它能调节 TE 细胞分化所需基因的表达。IGF-1 与 Wnt/β-catenin 信号通路之间存在功能性相互作用，这种相互作用在早期胚胎发育过程中，对细胞增殖和分化，尤其是对 TE 细胞的形成具有关键的调控作用。这一研究成果为理解胚胎发育的分子机制提供了新的视角，对提高家畜繁殖效率具有重要的理论指导意义，有望为家畜繁殖领域的发展开辟新的道路，助力相关技术的改进和创新。
