综述：辅助生殖技术中的肌醇：其在精子功能、卵子成熟及胚胎发育中的作用（跨物种研究）

《Animal Reproduction Science》：Myo-inositol in assisted reproductive technologies: roles in sperm function, oocyte maturation, and embryo development across species

　　

阿里·贾瓦德（Ali Jawad）| 李珠英（Joohyeong Lee）| 亨尚焕（Sang-Hwan Hyun）

摘要

辅助生殖技术（ARTs）在动物和人类繁殖中得到广泛应用；然而，由于在体外操作过程中配子和胚胎受到氧化应激的损伤，其效率仍然有限。肌醇（Myo-Ins）是一种天然存在的环己醇，是磷脂酰肌醇信号分子的关键前体，由于其在中枢信号传导、氧化还原调节和代谢稳态中的作用，已成为一种有前景的生殖性能调节剂。本文总结并批判性地评估了关于肌醇在辅助生殖技术中作用的证据，主要关注猪模型，并结合其他哺乳动物的研究结果。研究表明，在精子中，肌醇可以提高精子的运动能力、线粒体功能以及存活率，同时减少液态储存和冷冻保存过程中的氧化损伤，从而保持其受精能力。在体外卵子成熟（IVM）过程中，肌醇似乎通过调节细胞内钙信号传导、维持氧化还原平衡、增强线粒体活性以及改善脂质代谢动态来支持细胞质的成熟，尽管针对猪的具体证据仍然有限。在体外胚胎培养（IVC）中，补充肌醇与提高卵裂动力学、囊胚形成率、线粒体完整性和减少细胞凋亡有关，这可能是通过间接调节活性氧（ROS）和激活抗氧化防御途径（如NRF2信号通路）实现的。来自猪和非猪模型的现有证据进一步表明，肌醇补充的有益效果因物种、发育阶段和IVC条件而异，这突显了在辅助生殖中制定优化和特定情境下的补充策略的重要性。重要的是，肌醇的效果依赖于剂量和发育阶段，这强调了优化补充策略的必要性。总体而言，现有数据表明，肌醇作为一种靶向的氧化还原和代谢调节剂发挥作用，而非传统的抗氧化剂，具有显著潜力来改善包括猪体外胚胎生产系统在内的各种哺乳动物的辅助生殖结果。需要进一步的机制研究和转化研究来确定最佳条件，并全面阐明其在体外胚胎生产不同阶段的作用机制。

引言

辅助生殖技术（ARTs）被广泛应用于人类和动物的繁殖中，以克服不孕问题并提高繁殖效率（Baldi等人，2020年）。尽管技术不断进步，但由于在体外条件下配子和胚胎的质量受损，ART的整体成功率仍然有限（du Plessis等人，2008年）。导致ART结果不佳的主要因素之一是氧化应激，这源于精子处理、卵子成熟和胚胎培养过程中活性氧（ROS）的过度生成（Agarwal等人，2014年；Sapanidou等人，2023年）。在生理条件下，严格的氧化还原平衡有助于维持正常的配子功能和早期胚胎发育（Gupta等人，2010年；Sapanidou等人，2023年）。然而，ART实验室环境无法完全复制体内的生殖环境，导致ROS水平升高，超过了配子和胚胎的固有抗氧化能力（du Plessis等人，2008年；Gupta等人，2010年；Rakhit等人，2012年；Sapanidou等人，2023年）。

过量的ROS会导致脂质过氧化、蛋白质氧化、DNA损伤和线粒体功能障碍，最终损害精子的运动能力、卵子的细胞质成熟以及胚胎的发育能力（Kowaltowski等人，1999年；Agarwal等人，2006年；Sapanidou等人，2023年）。线粒体特别容易受到氧化损伤，其功能障碍与受精能力下降、胚胎发育异常和细胞凋亡增加密切相关（Currin等人，2022年）。鉴于氧化应激在ART失败中的核心作用，大量研究集中在增强体外繁殖过程中的抗氧化防御系统上（Agarwal等人，2014年）。然而，ROS并非完全有害；生理水平的ROS对于精子 capacitation、卵子成熟和早期胚胎信号传导等过程是必需的（Sapanidou等人，2023年）。因此，过量或非特异性的抗氧化剂补充可能会干扰正常的氧化还原信号传导，并对生殖结果产生负面影响（Sapanidou等人，2023年）。这些发现强调了需要能够恢复氧化还原稳态而不抑制生理ROS功能的靶向调节剂（Sapanidou等人，2023年）。

在这种背景下，肌醇（Myo-Ins）因其多功能生物特性而成为改善ART结果的有希望的分子。肌醇是肌醇家族中最丰富的立体异构体，在细胞生理中起着基础性作用，作为磷脂酰肌醇和肌醇磷酸盐的前体，这些物质在激素介导的信号通路中作为第二信使发挥作用，包括胰岛素和促卵泡激素（FSH）信号通路（Grasberger等人，2007年；Facchinetti等人，2015年）。通过磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/AKT通路和磷脂酶C介导的肌醇三磷酸（IP3）信号传导，肌醇调节细胞内钙稳态、线粒体活性和蛋白质磷酸化，这些都是配子成熟和胚胎发育的关键（Benjamin等人，1997年）。

除了信号传导作用外，肌醇还作为一种有机渗透调节剂和抗氧化剂调节剂，有助于保护细胞免受氧化和渗透压应激（Chhetri，2019a；Jawad等人，2023年）。越来越多的证据表明，补充肌醇可以降低细胞内ROS水平，增强线粒体膜电位（MMP），并改善精子、卵子和胚胎的氧化还原平衡（Azizi等人，2022年；Jawad等人，2023年；Jawad等人，2024年；Pan等人，2025年）。重要的是，肌醇似乎可以在不完全抑制生理ROS信号传导的情况下调节氧化应激，从而保持必要的氧化还原依赖的生殖过程（Chhetri，2019b；Jawad等人，2024年）。这些特性使肌醇成为一种靶向的氧化还原调节剂，而非传统的抗氧化剂，特别适合用于旨在提高配子质量和胚胎发育能力的ART系统（Gupta等人，2020b；DiNicolantonio和O'Keefe，2022年；Jawad等人，2024年；Zhang等人，2025b）。

尽管有越来越多的证据支持肌醇补充在ART中的有益效果，但其确切的分子作用机制尚未完全阐明（Palomba等人，2025a；Zhang等人，2025b）。特别是，肌醇对精子功能、卵子成熟和胚胎发育的阶段特异性影响尚未完全明确，不同物种和ART平台之间的比较分析也有限（Osman等人，2023年；Jawad等人，2024年；Jawad等人，2025a）。此外，肌醇主要作为信号调节剂、氧化还原调节剂还是代谢调节剂在特定体外条件下的作用机制仍不清楚（Jawad等人，2024年；Li等人，2024年）。因此，需要对现有文献进行全面的综合评估（Palomba等人，2025b；Zhang等人，2025b）。

本文旨在总结并批判性地评估肌醇在辅助生殖技术中的作用，主要关注猪模型，同时讨论其对其他哺乳动物的相关性，重点关注氧化应激调节、线粒体功能以及配子和胚胎的发育能力。为了提供肌醇在猪辅助生殖不同阶段作用的综合概述，图1中提供了一个示意图。

章节片段

肌醇在精子中的作用

人工授精（AI）在猪的生产中得到广泛应用，依赖于有效的精液保存方法，主要是冷冻保存和液态储存（Qamar等人，2019年）。尽管冷冻保存允许长期保存精液，但由于猪精子的膜组成（高不饱和磷脂含量和低胆固醇水平），几乎40-50%的猪精子无法在冻融过程中存活。

肌醇在IVM过程中对卵子的作用

体外卵子成熟是辅助生殖技术（ARTs）的关键步骤，在临床人类繁殖和动物繁殖系统中都常规应用（Xu等人，2018年）。尽管在体外条件下实现了减数分裂进展和受精能力，但在体外成熟的哺乳动物卵子通常比在体内成熟的卵子具有较低的发育能力（Jaroudi等人，1999年；Trounson等人，2001年；Kala等人，2017年；Xu等人，2018年）。

肌醇在IVC过程中对胚胎的作用

猪胚胎IVC条件下的早期胚胎发育是一个高度依赖能量的过程，需要严格调节氧化还原稳态、线粒体功能和细胞信号通路。在猪IVP系统中，体外培养的胚胎特别容易受到氧化应激的影响，因为代谢活动增强、暴露于大气氧张力以及抗氧化能力有限，这些因素共同影响了卵裂动力学、囊胚形成等。

CRediT作者贡献声明

亨尚焕（Sang-Hwan Hyun）：撰写和编辑、监督、项目管理、资金获取。李珠英（Joohyeong Lee）：监督、资金获取。阿里·贾瓦德（JAWAD ALI）：撰写初稿、可视化、方法学设计、实验研究、数据分析、概念化。

关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备这项工作时，作者使用了ChatGPT（OpenAI）来协助英语语言编辑和语法校正。图表使用Biorender.com创建。使用该工具后，作者仔细审查并根据需要编辑了内容，并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本工作得到了韩国政府资助的“NRF项目（2021R1C1C2013954，RS-2025-00518006）”、韩国产业技术信息部（MOTIE）资助的“技术创新计划（20023068”以及韩国农业食品林业渔业部（MAFRA）资助的“IPET项目（RS-2024-00398561，RS-2024-00399475）”的支持。

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