体外培养牛胚胎与子宫内膜互作驱动生化差异影响妊娠成功率的研究

本研究通过建立体外培养（IVP）与体内发育（IVD）牛胚胎-子宫内膜共培养系统，结合转录组学和蛋白质组学分析，揭示了IVP胚胎在子宫内膜互作中表现出转录组差异、促炎介质表达增加及蛋白质微环境异常等特征，这些发现为改善辅助生殖技术（ART）中胚胎质量评估和妊娠成功率提供了重要理论依据。

　　

引言：体外胚胎生产技术（IVP）的革命性突破

IVP技术已广泛应用于人类辅助生殖、野生动物保护和农业育种领域。在牛育种中，IVP胚胎能显著提升畜群遗传品质，但移植后首月存活率不足50%。研究聚焦胚胎移植后与子宫内膜的关键互作阶段，通过建立第16天胚胎-子宫内膜共培养系统，结合多组学分析揭示IVP胚胎的发育缺陷机制。

材料与方法：创新性实验系统构建

研究采用同步发情的安格斯-荷斯坦杂交母牛，分别通过人工授精（IVD组）或胚胎移植（IVP组）获得发育匹配的胚胎。建立包含6种培养条件的实验体系：空白对照、IVD/IVP胚胎单培养、子宫内膜单培养及两类共培养组。采用RNA测序（RNA-Seq）分析组织转录组，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）检测培养液蛋白质组，并通过实时定量PCR（RT-qPCR）验证关键基因表达。

结果解析：胚胎与子宫内膜的"对话"异常

转录组分析显示：

1. 1.

   子宫内膜响应特征：IVP胚胎诱导子宫内膜产生更多差异表达基因（DEG，3529个），其中663个上调基因与GTP酶活性、炎症反应等通路相关。关键促炎因子IL-17A表达量增加25倍，同时蛋白转运相关基因显著下调。

2. 2.

   胚胎发育缺陷：IVP胚胎在共培养中仅表达377个DEG（IVD胚胎为3356个），81个基因与胚胎发育异常相关。血红蛋白基因（HBA/HBM）在IVD胚胎特异性高表达，而IVP胚胎中铁转运蛋白SLC40A1表达缺失。

3. 3.

   蛋白质微环境失衡：IVP共培养组仅检测到604个差异蛋白（DAP），显著少于IVD组（1031个）。关键代谢蛋白PTGDS、MGST1等表达不足，但基质金属蛋白酶MMP2等促转移蛋白异常升高。

机制探讨：妊娠失败的潜在通路

研究揭示了三条关键病理机制：

1. 1.

   铁代谢紊乱：IVP胚胎中铁转运蛋白缺陷与培养液中黑色素转铁蛋白（MELTF）升高，可能导致铁死亡风险。

2. 2.

   免疫耐受破坏：IVP胚胎异常表达MHC II类分子BLA-DQB，可能激活T细胞介导的排斥反应，同时免疫抑制分子galectin-1（LGALS1）表达不足。

3. 3.

   氧化应激失衡：IVD胚胎特异性高表达的抗氧化基因（PRDX2-5、GPX4等）在IVP胚胎中缺失，而子宫内膜线粒体功能相关基因表达异常。

临床应用与展望

研究发现IVP胚胎诱导的子宫内膜炎症反应和异常蛋白微环境是妊娠失败的重要原因。建议从两方面改进技术：优化胚胎培养条件减少表观遗传异常；开发靶向免疫调节策略。该研究为提升辅助生殖成功率提供了新的分子靶点，对畜牧业育种和人类生殖医学均有重要启示价值。