FGF/ERK信号介导的人囊胚谷胱甘肽合成启动对胚胎着床能力的影响

Blastocyst competency for implantation is not only essential for natural pregnancy, but also the prominent barrier for clinical outcome following in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET). Our previously published data showed the glutathione (GSH) synthesis in IVF embryos were consistently depressed. Previous studies indicated that the initiation of GSH synthesis by preimplantation stage is a critical determinant of blastocyst competency for successful implantation and subsequent development. Our further analysis indicates a similar expression patterns of GSH synthetic genes between human and mouse preimplantation embryos, implying GSH synthesis initiation is also essential for implantation competency of human blastocysts. In this project, using in vitro model for human blastocyst implantation, we want to functionally determine the implication of GSH synthesis in achieving implantation competency of human blastocysts. Furthermore, based on our pilot experiments, we want to explore the role and underlying mechanism of FGF/ERK pathway in initiating GSH synthesis. Based on these, by modulating critical pathways that are involved in the initiation of GSH synthesis, we want to develop a novel strategy for improving the blastocyst competency for implantation, and providing new ideas for finally improving the clinical pregnancy rate of IVF-ET.

囊胚充分获得着床能力，不仅是自然妊娠的关键，也是体外受精-胚胎移植（IVF-ET）面临的最主要障碍。模式动物研究显示，胚胎着床前的GSH合成启动，是囊胚获得着床能力并进一步发育所必需的。申请人前期利用小鼠模型报道了IVF胚胎谷胱甘肽（GSH）合成持续抑制，并伴随着床失败。进一步发现，人类着床前胚胎GSH合成基因表达模式与小鼠胚胎非常相似，提示GSH合成启动可能同样是人类胚胎获得着床能力的关键。本课题将利用人囊胚的体外着床模型，通过功能性实验确认GSH合成启动对于人类囊胚获得着床能力的重要意义。进一步，参考小鼠模型已有的结果，探索FGF/ERK信号介导人类囊胚GSH合成启动的作用和机制。据此，通过添加促进或协同FGF/ERK通路的生长因子或小分子物质，寻找提高人类IVF囊胚着床能力的新方法。课题通过探索人类囊胚获得着床能力的关键机制，为最终提高IVF-ET临床妊娠率提供了新思路。

体外受精技术（IVF）是人类辅助生殖的核心技术。然而，胚胎发育潜能差导致妊娠失败，是限制IVF临床成功率的重要因素。多能性的建立和维持，是早期胚胎获得发育潜能的关键，而IVF胚胎则存在明显障碍。然而，由于其中机制一直不清楚，因此缺乏改善IVF多能性建立的有效手段。以具有不同多能性和发育潜能的细胞系，以及小鼠IVF胚胎为模型，申请人发现早期胚胎和多能细胞可以合成谷胱甘肽（GSH），并且其合成能力与多能性状态和发育潜能成正相关。进一步证实GSH可以通过刺激DNA去甲基化酶TET活性，促进5hmC形成，改善DNA去甲基化重编程过程，提高干细胞和早期胚胎的多能性状态和发育潜能。此外，还发现GSH参与的维生素C（Vc）合成，是GSH刺激TET活性的重要机制。基于上述发现，我们通过向IVF培养液中添加GSH，显著地提高了IVF胚胎的发育潜能和移植后的妊娠效果。本研究不仅揭示了氨基酸和维生素代谢互作与早期发育重编程的重要关系，还为改善 IVF临床妊娠效果，以及改进干细胞培养体系提供新的策略。