谷氨酸钠提升冻干小鼠精子室温储存质量：DNA保护与出生率提升机制研究

本研究针对冻干精子（FD sperm）在室温储存中DNA损伤导致出生率下降的问题，创新性地将食品添加剂谷氨酸钠（MSG）引入干燥培养基。通过形态学、DNA损伤检测（彗星实验）和染色体异常分析（ACS），发现3% MSG处理显著降低精子头尾分离率（23%→6%），减少DNA损伤，并将胚胎出生率提升至与冷冻精子相当的50%。该技术为基因修饰小鼠品系保存、濒危物种遗传资源保护及太空生物样本运输提供了安全、低成本的解决方案。论文发表于《Scientific Reports》。

　　

研究背景与意义

传统精子冷冻保存依赖液氮，存在成本高、运输风险大等缺陷。冻干精子（Freeze-dried sperm, FD sperm）虽可实现室温储存，但干燥过程会导致DNA损伤，使出生率显著低于冷冻精子。随着基因修饰小鼠品系数量激增及太空生物样本储存需求增长，开发能保护精子DNA的冻干技术成为迫切需求。谷氨酸钠（Monosodium glutamate, MSG）作为微生物干燥保护剂，具有稳定蛋白质结构和抗氧化特性，但其在哺乳动物精子保存中的应用尚未探索。

关键技术方法

研究采用ICR、B6D2F1和C57BL/6N小鼠精子，在干燥培养基中添加1-10% MSG后冻干。通过特斯拉线圈检测安瓿真空度，彗星实验分析DNA损伤，PNA荧光染色评估顶体完整性，人工激活胚胎检测ACS（染色体异常分离）。ICSI（卵胞浆内单精子注射）后移植胚胎评估出生率，并通过免疫染色分析囊胚细胞数。

研究结果

MSG对精子头尾分离率的影响

冻干导致23%精子头尾分离，而3% MSG处理组降至6%，显示MSG能保护精子头尾连接装置（HTCA）的蛋白质结构。

MSG对精子膜及DNA的保护作用

透化处理后，MSG处理组顶体阳性率（PNA染色）达97%，与冷冻精子相当。彗星实验显示MSG浓度依赖性地减少DNA尾长（P<0.05），5% MSG组DNA损伤最低。

胚胎发育与出生率

3% MSG处理组出生率最高（47%），接近冷冻精子水平。B6N品系冻干精子储存3个月后，MSG组出生率仍达49%（对照组32%）。后代繁殖性能正常，可延续至第三代。

讨论与展望

MSG通过稳定蛋白质结构和保留结合水保护精子DNA，但其高浓度（>5%）可能因渗透压损伤细胞膜。该技术为建立低成本生物样本库、应对灾害性液氮中断提供方案，未来或应用于太空物种保存。研究局限性在于安瓿间出生率差异需进一步优化，但已证实冻干精子可长期保存遗传资源。

结论

添加3% MSG的冻干技术将小鼠精子室温储存的出生率提升至实用水平，为遗传学研究和生物多样性保护开辟了新途径。