牛猪卵母细胞体外成熟模型在毒理学与代谢研究中的多维度应用价值

本研究针对卵母细胞质量评估的技术瓶颈，通过建立牛(Bos taurus)和猪(Sus scrofa)卵母细胞体外成熟(IVM)及胚胎体外生产(IVEP)模型，系统探究了代谢应激(如胰岛素抵抗)和环境污染物(如PFAS)对卵母细胞成熟的影响机制。研究发现该模型能敏感检测人类相关浓度PFOS暴露导致的胚胎脂质代谢异常和表观遗传改变，为人类辅助生殖技术(ART)安全性评估和发育起源疾病研究提供了重要工具。

　　

在生殖医学和毒理学研究领域，如何准确评估环境污染物和代谢异常对卵母细胞质量的影响始终是重大挑战。传统的小鼠模型与人类生殖生理存在显著差异，而直接使用人类卵母细胞又面临伦理限制。瑞典农业科学大学(SLU)的Ida Hallberg、Denise Laskowski和Ylva C.B. Sjunnesson*团队在《Biology of Reproduction》发表的研究，创新性地利用屠宰场来源的牛猪卵巢建立体外成熟系统，为这一难题提供了突破性解决方案。

研究团队采用多学科交叉方法：通过屠宰场获取牛猪卵巢并分离卵丘-卵母细胞复合体(COCs)，建立标准化IVM/IVEP体系；运用共聚焦显微镜结合LipidTOX?染色定量分析胚胎脂滴分布；采用DESI-MS质谱技术进行单胚胎脂质组学检测；结合RNA测序和DNA甲基化分析揭示转录组与表观遗传变化；通过时间间隔显微成像系统记录胚胎发育动力学参数。

【Current status of IVM】研究证实，牛猪卵母细胞经历核成熟（减数分裂恢复）、胞质成熟（线粒体重排）和表观成熟（DNA甲基化建立）三个协同过程。其中猪卵母细胞因富含脂滴的特性，成为研究脂代谢异常的独特模型，但其体外培养体系成功率（30-40%）仍显著低于牛模型。

【Species differences】跨物种比较显示，牛与人共享多个生殖生理特征：单排卵周期、280天妊娠期以及促性腺激素依赖的卵泡直径（3-4mm）。而猪胚胎与人更相似的是均在4细胞期启动胚胎基因组激活(EGA)，这使其成为研究早期基因调控的理想模型。

【Techniques to evaluate oocyte competence】团队开发了多层级评估体系：非侵入性的形态动力学参数（首次卵裂时间、囊胚扩张速度）与侵入性的分子检测（凋亡染色、转录组分析）相结合。特别值得注意的是，延迟≥2小时的首次卵裂与囊胚形成率下降显著相关（p<0.01）。

【IVM and IVEP as a model】在应用层面，研究取得两大突破：1）代谢研究中，10^-7M胰岛素暴露导致囊胚胆固醇代谢通路基因（如CYP51A1）表达异常，但DESI-MS显示脂质组成保持稳定，提示胚胎存在代谢补偿机制；2）毒理学测试中，1μM PFOS（相当于人类卵泡液浓度）即引起囊胚脂滴分布异常和DNMT3A甲基转移酶表达失调。

讨论部分强调，该模型的三大创新价值在于：伦理优势（避免实验动物使用）、转化医学价值（牛猪卵泡液成分与人类高度相似）、以及技术可拓展性（可整合类器官共培养系统）。但作者也指出，屠宰场卵巢的供体代谢背景差异（如奶牛能量负平衡状态）仍是影响实验重现性的主要挑战。

这项研究为环境污染物生殖毒性评估提供了符合3R原则的替代方案，其建立的跨物种比较框架不仅能优化人类ART技术，更为发育起源假说（DOHaD）提供了分子水平的证据。随着单细胞多组学技术的引入，该模型有望成为生殖毒理学和代谢编程研究的黄金标准。