牛磺酸通过修复线粒体功能障碍和氧化应激诱导的细胞凋亡逆转微塑料暴露对牛卵母细胞成熟的毒性作用

微塑料(MP)污染对生殖健康的威胁日益受到关注，但其对雌性生殖的毒性机制尚不明确。江苏省农业科学院畜牧研究所团队通过单细胞转录组测序等技术，首次揭示MP通过诱导线粒体功能障碍、ROS积累和DNA损伤导致牛卵母细胞成熟失败，并证实牛磺酸能有效修复线粒体功能、降低氧化应激和细胞凋亡。该研究为防治MP生殖毒性提供了新策略，对保障畜牧业生产和人类生殖健康具有重要意义。

塑料制品在当代生活中无处不在，但随之而来的微塑料污染已成为全球性环境问题。这些直径小于5毫米的塑料颗粒可通过食物链进入生物体，并在生殖器官中积累。近年研究发现，微塑料对雄性生殖系统具有明显毒性，但其对雌性生殖特别是卵母细胞成熟的影响仍知之甚少。卵母细胞质量直接关系到受精和胚胎发育的成功率，因此阐明微塑料对卵母细胞的毒性机制具有重要科学意义。

江苏省农业科学院畜牧研究所的研究团队以牛卵母细胞为模型，系统研究了微塑料的生殖毒性及其干预策略。研究人员发现，微塑料暴露会破坏纺锤体组装、染色体排列和肌动蛋白分布，导致卵母细胞核成熟失败；同时引起皮质颗粒异常，影响细胞质成熟。这些缺陷最终导致受精率和胚胎发育率显著下降。

为阐明机制，研究人员采用单细胞转录组测序技术，发现微塑料显著改变了线粒体相关基因的表达谱。后续实验证实，微塑料确实诱导线粒体分布紊乱和膜电位下降，导致活性氧(ROS)过度积累，进而引发DNA损伤和细胞凋亡。有趣的是，添加含硫氨基酸牛磺酸能有效逆转这些异常：恢复线粒体功能，降低ROS水平和细胞凋亡率，最终提高卵母细胞成熟率和胚胎发育潜能。

在技术方法上，研究采用体外培养系统处理牛卵母细胞，通过免疫荧光染色观察亚细胞结构变化，利用MitoTracker和TMRE检测线粒体功能，DCFH-DA测定ROS水平，γ-H2AX标记评估DNA损伤，Annexin-V检测细胞凋亡，并结合转录组测序分析基因表达变化。

主要研究结果包括：

1. 1.

   牛磺酸缓解MP暴露导致的牛卵母细胞减数分裂失败：MP浓度依赖性地降低极体排出率(PBE)，1 μg/mL MP使PBE从84.9%降至50.4%，而0.1 μg/mL牛磺酸可显著恢复至66.5%。

2. 2.

   牛磺酸减少纺锤体组装和染色体排列异常：MP组纺锤体异常率从17.1%升至41.0%，染色体错排率从12.0%飙升至67.0%，牛磺酸处理使两者分别降至26.8%和34.6%。

3. 3.

   牛磺酸改善细胞骨架和皮质颗粒表达：MP使肌动蛋白荧光强度从75.5降至48.3，皮质颗粒信号从41.0降至24.9，牛磺酸处理分别恢复至63.0和36.0。

4. 4.

   牛磺酸提升胚胎发育率：MP使卵裂率从86.5%降至52.5%，囊胚率从34.8%降至25.7%，牛磺酸处理分别提高至66.5%和32.6%。

5. 5.

   转录组分析揭示MP影响线粒体功能：RNA测序显示MP组有425个差异表达基因(DEG)，主要富集于氧化磷酸化和GnRH信号通路。

6. 6.

   牛磺酸修复线粒体功能障碍：MP使线粒体膜电位(TMRE信号)从19.9降至8.1，牛磺酸处理恢复至10.7；线粒体分布也从弥散状态恢复为皮质区聚集。

7. 7.

   牛磺酸降低氧化应激和DNA损伤：MP使ROS水平从4.8升至15.2，γ-H2AX信号从6.6升至34.0，牛磺酸处理分别降至9.5和16.2。

8. 8.

   牛磺酸抑制细胞凋亡：MP使Annexin-V信号从10.4增至26.7，牛磺酸处理降至15.8。

这项研究首次系统阐明了微塑料通过诱导线粒体功能障碍和氧化应激损害牛卵母细胞质量的分子机制，并创新性地提出牛磺酸的干预策略。这不仅为防治环境污染导致的生殖障碍提供了理论依据，也为畜牧业生产中卵母细胞体外培养体系的优化提供了实践指导。鉴于牛作为重要农业动物和生物医学模型的特殊性，该研究成果对人类辅助生殖技术也可能具有借鉴意义。论文发表在乳品科学领域权威期刊《Journal of Dairy Science》上，为环境污染物生殖毒性研究开辟了新视角。