褪黑素通过修复线粒体超微结构与功能提升氧化应激下猪卵母细胞发育潜能的研究

本研究针对氧化应激(H2O2)导致的猪卵母细胞线粒体损伤问题，系统探究了褪黑素(melatonin)对线粒体超微结构、ROS清除、线粒体自噬(mitophagy)及发育能力(IVM/胚胎形成率)的修复作用。结果表明1 μM melatonin通过提升谷胱甘肽(GSH)水平、稳定线粒体膜电位(ΔΨm)和嵴结构，显著改善卵母细胞成熟率(66.3% vs 43.1%)和囊胚形成率(38.7% vs 21.4%)，为辅助生殖技术中卵母细胞质量保护提供了新策略。

　　

卵母细胞质量是决定哺乳动物生殖成功的关键因素，而线粒体作为细胞的能量工厂和凋亡调控中心，其功能异常已成为导致卵母细胞发育障碍的核心问题。在体外培养(IVM)过程中，高氧环境会诱发活性氧(ROS)爆发，破坏线粒体嵴结构、降低膜电位(ΔΨm)，最终导致胚胎发育停滞。尽管抗氧化剂如褪黑素(melatonin)在体细胞中的保护作用已被证实，但其对生殖细胞线粒体超微结构和能量代谢的修复机制仍不清楚。

针对这一科学问题，首尔大学兽医学院的研究团队以与人类生理特征高度相似的猪卵母细胞为模型，系统研究了melatonin对H₂O₂诱导氧化损伤的修复作用。研究发现，1 μM melatonin处理不仅能将卵母细胞成熟率从43.1%提升至66.3%，更使囊胚形成率翻倍(21.4%→38.7%)。这些改善伴随着线粒体嵴结构的重建、ROS水平下降52.8%以及谷胱甘肽(GSH)含量上升2.1倍。该成果发表于《Mitochondrion》，为生殖医学中卵母细胞质量控制提供了理论依据和实践方案。

关键技术方法包括：从屠宰场获取猪卵巢并分离卵丘-卵母细胞复合体(COCs)；建立H₂O₂(200 μM)氧化应激模型；使用不同浓度melatonin(0-5 μM)干预；通过透射电镜(TEM)观察线粒体超微结构；JC-1探针检测膜电位；Seahorse分析仪测定耗氧率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)；Western blot检测线粒体自噬标志物(LC3-II/PINK1)。

【Melatonin improved the recovery of oxidation-induced oocytes】
通过29次重复实验发现，melatonin处理组(1 μM)的成熟率(66.3±4.1%)显著高于H₂O₂组(43.1±3.8%)，且囊胚形成率提升80%。共聚焦显微镜显示处理组线粒体分布从异常聚集恢复为均匀的皮质区分布。

【Mitochondrial ultrastructure and function】
TEM显示H₂O₂组线粒体出现空泡化和嵴断裂，而melatonin组嵴结构密度恢复至正常水平83.5%。Seahorse检测表明处理组基础OCR提升1.7倍，ATP产量增加2.3倍，证实能量代谢功能修复。

【Redox homeostasis and apoptosis】
流式细胞术检测显示melatonin使ROS水平降低至对照组的62%，GSH含量升高至2.1倍。TUNEL实验证实凋亡率从28.7%降至12.3%，caspase-3活性下降59%。

【Mitophagy regulation】
Western blot显示melatonin上调线粒体自噬关键蛋白LC3-II(1.8倍)和PINK1(2.4倍)，同时降低受损线粒体标志物COX4/1A，表明其通过增强选择性自噬清除损伤线粒体。

结论与讨论指出，melatonin通过三重机制发挥保护作用：(1)直接清除ROS并提升GSH合成能力；(2)稳定线粒体膜结构和嵴形态；(3)激活PINK1介导的选择性自噬通路。该研究首次在卵母细胞模型中同步证实melatonin对线粒体结构与功能的双重修复作用，为改善辅助生殖技术(ART)中的卵母细胞质量提供了可量化的干预方案。鉴于猪与人类卵母细胞的相似性，该成果对人类生殖医学具有重要转化价值，未来可探索melatonin在卵子冷冻保存和体外受精(IVF)培养体系中的应用潜力。