《Small Ruminant Research》：Supplementation of cGMP during
in vitro culture enhances the developmental competence of sheep embryos
编辑推荐：
本研究针对体外胚胎生产（IVP）中胚胎发育能力有限、质量不佳的瓶颈问题，系统探讨了环磷酸鸟苷（cGMP）对绵羊胚胎发育的调控作用。研究发现cGMP处理显著提高胚胎卵裂率和囊胚率，增加囊胚总细胞数和内细胞团（ICM），并通过增强脂代谢、降低活性氧（ROS）和脂质过氧化水平，改善线粒体功能（提升膜电位和ATP产量）。该研究为优化反刍动物IVP体系提供了新策略，对提高畜牧育种效率具有重要应用价值。
在现代化畜牧业和辅助生殖技术领域，体外胚胎生产（IVP）技术已成为提升优良种畜繁殖效率的关键手段。然而，与体内环境相比，体外培养（IVC）体系存在细胞因子不足、代谢紊乱及活性氧（ROS）过度积累等问题，导致胚胎发育潜能受限、质量参差不齐，严重制约了该技术的产业化应用。研究表明，体外培养环境中20%的氧气浓度（大气氧）远高于生理水平（2%-8%），会诱发氧化应激（OS），进而引起DNA损伤、线粒体功能障碍和细胞凋亡，最终影响胚胎的正常发育。近年来，通过添加抗氧化剂改善胚胎质量已成为IVP研究的重要方向，而环磷酸鸟苷（cGMP）作为细胞内重要的第二信使，在脂代谢调控、抗氧化等方面展现出潜在价值，但其在反刍动物胚胎发育中的具体作用机制尚待深入探索。
为系统评估cGMP对绵羊胚胎发育的影响，中国农业大学研究团队在《Small Ruminant Research》上发表论文，通过一系列实验设计，揭示了cGMP通过调节脂代谢和氧化应激显著提升胚胎发育能力的分子机制。研究采用屠宰场来源和活体采卵（OPU）两种绵羊卵母细胞，通过体外成熟（IVM）、体外受精（IVF）后，在胚胎培养液中添加不同浓度cGMP（0 mM、1 mM、3 mM），检测其对胚胎卵裂率、囊胚率、细胞数、凋亡率、基因表达、脂代谢、ROS水平、线粒体膜电位（MMP）和ATP产量的影响。关键技术方法包括：体外胚胎培养体系、荧光染色（CDX2/DAPI/TUNEL/Nile Red/BODIPY系列染料）、qRT-PCR基因表达分析、线粒体功能检测（JC-1染色）等。
研究结果从多角度证实cGMP的积极作用：
- 1.
cGMP显著提升绵羊胚胎发育率：在屠宰场来源卵母细胞中，1 mM cGMP处理组囊胚率（37.79%）显著高于对照组（24.01%）；在OPU来源卵母细胞中，cGMP同样显著提高囊胚率（53.13% vs 40.26%），表明cGMP对不同来源胚胎均具有普适性促进效果。
- 2.
cGMP改善囊胚质量与基因表达谱：cGMP处理显著增加囊胚总细胞数（110.88 vs 82.45）和内细胞团（ICM）数量（44.38 vs 26.67），并下调凋亡相关基因（CASPASE3、BAX），上调多能性基因（NANOG、SOX2、OCT4）和抗凋亡基因BCL2的表达，同步验证了TUNEL染色中凋亡率降低（12.57% vs 21.46%）的结果。
- 3.
cGMP调控脂代谢与脂肪酸水平：通过尼罗红（Nile Red）和BODIPY558/568C12染色发现，cGMP处理显著降低囊胚内脂质含量（0.83 vs 0.93）和脂肪酸水平（1.28 vs 1.79），提示其通过激活cGMP/PKG信号通路促进脂解活性，优化胚胎能量代谢。
- 4.
cGMP增强抗氧化能力与线粒体功能：cGMP处理显著降低ROS（96.05 vs 138.32）和脂质过氧化水平（0.59 vs 0.76），同时提高线粒体膜电位（0.86 vs 0.69）和ATP产量（28.10 vs 23.55），表明cGMP通过减轻氧化损伤、改善线粒体功能，为胚胎发育提供更稳定的能量支持。
讨论部分进一步阐释了cGMP的多重作用机制：cGMP可能通过激活蛋白激酶G（PKG）磷酸化激素敏感脂酶（HSL）和脂滴包被蛋白（PLIN），促进脂质分解，减少脂质过度积累引发的脂质过氧化和细胞凋亡。同时，cGMP通过增强细胞内抗氧化防御系统，维持ROS稳态，保护线粒体功能，从而协同提升胚胎发育能力和冷冻耐受性。研究还指出，cGMP对胚胎发育的调控存在浓度依赖性，1 mM为最佳作用浓度，过高或过低均可能削弱其效果。
该研究首次系统证实cGMP可通过“脂代谢-氧化应激-线粒体功能”轴协同改善绵羊胚胎质量，不仅为优化反刍动物IVP技术提供了新思路，也为人类辅助生殖技术中胚胎质量调控提供了理论参考。未来研究可进一步探索cGMP在胚胎不同发育阶段的时序性添加策略，以及其与表观遗传重编程的关联性，深化对胚胎代谢编程机制的理解。
