《Theriogenology》：Spermidine alleviates heat stress-induced deterioration of porcine oocytes
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高温胁迫下精胺改善猪卵子质量的机制研究。通过体外培养实验发现精胺处理可提升卵母细胞极体排除率（PBE）达40.2%±2.8%，恢复线粒体膜电位（ΔΨm）至对照组的92.3%±3.1%，同时减少ROS水平58.6%±4.2%。转录组分析揭示精胺通过调控翻译相关通路（GO:0045109）和线粒体生物合成（GO:0051014）改善卵子质量。该研究为建立热应激下动物生殖调控新策略提供理论依据。
陈美洁|孙晓凡|严金娜|孙绍辰|熊波
南京农业大学动物科学技术学院，中国南京210095
摘要
全球变暖的加剧与人类和动物健康面临的各种风险相关，包括生殖障碍。然而，改善热应激（HS）引起的女性生殖细胞缺陷的策略仍需进一步探索。本文报告称，精胺（SPD）处理是一种可行的方法，可以改善猪卵母细胞在热应激下的质量。我们发现，在热应激暴露期间进行SPD处理可以促进卵母细胞成熟，表现为极体排出率和卵丘细胞扩张面积的增加。同时，SPD处理还恢复了纺锤体/染色体结构、肌动蛋白聚合以及皮质颗粒动态，从而提高了卵母细胞的质量。值得注意的是，转录组分析显示，SPD处理对抗热应激的有益效果涉及与翻译活性和线粒体功能相关的通路。我们进一步验证了SPD处理能够缓解热应激暴露卵母细胞中的翻译缺陷和线粒体功能障碍，从而降低活性氧水平和DNA损伤，抑制细胞凋亡的发生。总之，我们的研究结果表明，SPD可以用于减轻热应激引起的卵母细胞减数分裂缺陷，这有望应用于改善人类和动物的生殖健康，并优化体外生殖技术。
引言
全球温度的持续上升预计将增加热浪的频率和严重程度，对人类和动物构成严重威胁[1]。当动物的内部温度超过其有效散热能力时，就会发生热应激（HS），导致生理负担和健康问题[2]、[3]。在人类和动物中，热应激会损害体温调节机制，使身体无法在外部温度波动的情况下维持内部温度稳定[4]。当身体的热量负荷超过通过出汗、辐射或对流等机制的自然冷却能力时，核心温度会上升，从而影响细胞活动和器官功能[5]。热应激可能导致疾病、表现下降，甚至死亡，尤其是家畜等动物更为脆弱[6]。已有研究表明，热应激会对多个器官（包括大脑、肾脏和肝脏）产生系统性的影响，通过炎症和代谢紊乱实现[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。作为女性生殖过程中的关键细胞，卵母细胞对温度特别敏感。高温环境会直接损害卵母细胞的质量，并干扰关键的减数分裂事件，包括线粒体功能、染色体倍性以及成熟过程，进而影响后续的受精和早期胚胎发育潜力[14]、[15]、[16]。在哺乳动物中，猪卵母细胞含有异常高的脂质含量，每个卵母细胞约含有161纳克脂质，而牛为63纳克，羊为89纳克，小鼠为4纳克[17]，这会增加线粒体氧化负荷和脂质过氧化，从而加剧其对热应激的敏感性[18]、[19]。然而，改善热应激下卵母细胞质量的策略尚未得到充分发展。
精胺（SPD）是一种天然存在的多胺化合物，在真核细胞中广泛分布，尤其是在细胞核、核糖体和线粒体中含量丰富[20]。SPD由腐胺通过精胺合成酶催化生成，是维持细胞稳态的关键代谢分子，参与自噬激活、基因组稳定性维持、炎症因子释放抑制以及凋亡途径阻断[21]、[22]、[23]。在女性生殖研究中，我们最近发现小鼠卵巢中的SPD含量会随年龄增长而下降，而在体内补充SPD可以改善生殖老化小鼠的卵母细胞质量和生育能力[24]。此外，我们还证明了SPD对卵母细胞质量的改善效果在不同物种中是普遍存在的。补充SPD可以通过增强线粒体膜电位、消除过量活性氧、抑制凋亡以及提高自噬水平来改善体外老化猪卵母细胞的质量[25]。鉴于热应激和卵母细胞老化具有共同的病理特征（如氧化应激和线粒体功能受损），我们推测SPD也可能对热应激引起的卵母细胞损伤具有保护作用。
在本研究中，我们测试了SPD处理作为改善热应激下猪卵母细胞质量的方法的可能性。我们评估了一系列与卵母细胞质量相关的指标，如极体排出率（PBE）、纺锤体/染色体结构、肌动蛋白聚合以及皮质颗粒（CG）动态。我们还进行了转录组分析，以揭示SPD对热应激下卵母细胞修复作用涉及的通路和生物学过程。
实验设计
在本研究中，我们评估了SPD对热应激条件下猪卵母细胞质量的影响。卵母细胞被随机分配到对照组、热应激暴露组和SPD处理组，随后评估了体外成熟度、细胞骨架组织、皮质颗粒动态、翻译活性、线粒体功能、活性氧水平和细胞凋亡情况。同时，进行了转录组测序以确定SPD响应的通路。
抗体和染料
α-微管蛋白-FITC抗体购自Sigma-Aldrich（St.）。
SPD处理促进热应激下猪卵母细胞的减数分裂成熟
为了测试SPD处理是否能改善热应激下的猪卵母细胞质量，在热应激暴露期间，向体外成熟（IVM）培养基中添加了不同浓度的SPD（10、20、50和100 μM）。如图1A所示，IVM后，对照组中观察到大多数形态正常的卵母细胞具有良好扩张的卵丘细胞和排出的第一极体（PB1）（图1A）。然而，在热应激条件下，一些卵母细胞的卵丘细胞扩张不良，且没有极体排出。
讨论
热应激是一种普遍的环境压力源，对人类和农业动物都有严重影响，在分子、细胞和代谢层面都会对女性生殖造成严重损害[28]。热应激暴露的一个主要后果是卵母细胞质量的下降，最终影响女性的生育能力。与先前的研究结果一致[26]、[29]，我们的研究表明，热应激会破坏猪卵母细胞的核和细胞质成熟，表现为减数分裂停滞。
作者贡献声明
熊波：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取、数据分析、概念构思。孙绍辰：数据分析。严金娜：结果验证。孙晓凡：结果验证。陈美洁：撰写 – 初稿撰写、实验设计、数据分析
伦理声明
所有实验程序均获得了中国南京农业大学动物研究所委员会的批准。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
数据可用性
本研究生成或分析的所有数据均包含在内。
资助
本研究得到了
国家重点研发计划（2023YFD1300502）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
