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体外成熟(IVM)之前脱去卵丘细胞会严重损伤卵母细胞的胚胎发育能力和谷胱甘肽(GSH)合成的能力。裸卵(DOs)体外成熟质量的低下严重限制了诸如生发泡(GV)移植,体细胞单倍体化以及GV期卵母细胞冷冻保存等胚胎工程技术的发展。目前研究人员所应用的多种DOs体外成熟系统都只能部分改善其发育潜能。此外,我们目前对卵丘细胞促进卵母细胞成熟质量的机制还知之甚少。因此,建立一种完善的DOs体外成熟系统具有非常重要的应用价值和理论意义。在本实验中,我们以山羊为实验动物,比较了不同形式的卵丘细胞(分散的卵丘细胞、卵丘细胞单层以及卵丘卵母细胞复合体)共培养对山羊DOs胚胎发育能力的影响,卵丘细胞单层培养过程中培养液中添加激素成分(FSH、LH、17β-E2)对卵丘细胞黄体化的抑制作用,此外还详细研究了半胱胺、胱氨酸以及卵丘细胞之间相互作用对山羊裸卵体外成熟后胞质中GSH水平以及发育能力的影响,以期建立一种高效完善的DOs体外成熟系统并对卵丘细胞促进卵母细胞成熟机制进行深入探讨。实验结果表明:
1、山羊DOs的体外成熟率和孤雌激活后的胚胎发育能力都显著低于卵丘卵母细胞复合体(COCs)(p<0.05),各种形式的卵丘细胞均能显著提高裸卵的体外成熟率以及胚胎发育到桑椹胚的能力(p<0.05),但对其囊胚发育率并没有明显的改善(p>0.05)。与分散的卵丘细胞(DCCs)和COCs相比,卵丘细胞单层对于裸卵桑椹胚率的提高更明显。
2、卵丘细胞单层培养过程中,当培养液中含有激素成分(FSH、LH、17β-E2)时,培养5天后其中的孕酮的含量与无细胞的对照组培养液差异不显著(p>0.05),当不添加激素时卵丘细胞向培养液中释放的孕酮量大大增加(p<0.05)。说明培养过程中激素的存在能够显著抑制卵丘细胞的黄体化。
3、成熟培养液中添加半胱胺能够浓度依赖性的提高COCs胞质中的GSH水平。当半胱胺浓度为100μM时,孤雌激活后囊胚发育率最高,随着半胱胺浓度进一步升高,囊胚率反而下降,囊胚细胞数的变化趋势也与之类似。
4、成熟培养液中添加胱氨酸能够浓度依赖性的提高COCs胞质中的GSH水平,当胱氨酸浓度为200μM时,孤雌激活后囊胚发育率最高,随着胱氨酸浓度进一步升高,囊胚率反而下降,囊胚细胞数的变化趋势也与之类似。
5、向培养液中同时添加半胱胺(100μM)和胱氨酸(200μM)能够使山羊COCs的囊胚发育率明显提高(p<0.05),但是对成熟后胞质中的GSH水平并没有进一步的影响(p>0.05)。增加半胱胺和胱氨酸的含量(200μMand500μMrespectively)并没有继续提高山羊COCs的囊胚发育能力和胞质中GSH水平。
6、山羊裸卵的体外成熟、胞质中GSH合成能力以及胚胎发育能力都显著低于COCs(p<0.05),向成熟培养液TCM-199中添加半胱胺能够显著提高山羊DOs的以上指标,但是添加胱氨酸对DOs的体外成熟,胚胎发育和GSH合成情况都没有任何改善。与单独添加半胱胺相比,同时添加时半胱胺和胱氨酸则能够明显改善山羊DOs的体外成熟,囊胚发育以及GSH合成能力(p<0.05)。说明山羊裸卵本身能够利用培养液中的半胱胺,但不能利用培养液中的胱氨酸,半胱胺能够促进山羊裸卵对胱氨酸的利用。
7、在卵丘细胞单层存在的情况下,向成熟培养液中单独添加半胱胺或者胱氨酸都能明显改善山羊DOs的囊胚发育以及GSH合成能力,当二者同时存在时囊胚发育情况得到进一步提高(p<0.05),囊胚细胞数也较单独添加巯基物质时明显增多(p<0.05),达到与不添加任何巯基物质时COCs类似的水平,但胞质GSH水平并没有得到进一步的提高。因此本实验首次建立了能够使山羊裸卵发育潜能完全恢复的体外成熟系统。