ROS和PI3K/Akt信号通路互作损伤奶牛体外胚胎的分子机制

活性氧（ROS）作为第二信使调控胚胎发育相关的转录因子表达，破坏胚胎内的核酸、蛋白质和脂类，是导致体外胚胎发育异常的重要因素。但其损伤体外胚胎发育的分子机制尚不明确。我们近期的研究首次发现，ROS可激活体外胚胎内PI3K/Akt信号通路，并在该通路调控下影响FOXO和抗氧化酶的表达，调节体外胚胎发育。在此基础上，本项目以PI3K/Akt信号通路为切入点，研究ROS对该通路主要下游靶蛋白表达和磷酸化的影响；采用关键酶活性位点封闭及激动剂、阻断剂处理，明确PI3K/Akt介导的ROS损伤奶牛体外胚胎的分子信号传递途径；进一步探明ROS对该通路调控的体外胚胎DNA损伤和细胞凋亡的影响；最终揭示ROS与PI3K/Akt信号通路互作损伤奶牛体外胚胎的分子机制。研究结果对解析胚胎体外发育机理和完善胚胎的体外培养体系具有重要的理论意义，可为利用体细胞克隆、转基因等技术扩繁优良家畜提供新的思路和理论依据。

目前，奶牛体外胚胎的发育能力显著低于体内胚胎，牛体外受精的胚胎发育到囊胚期的比率仅为20～40%，克隆胚胎的囊胚发育率更低。研究已证实，活性氧(Reactive oxygen species, ROS)是降低奶牛体外胚胎的早期发育率，导致胚胎体外发育阻滞和凋亡的重要因素。因此，迫切需要交叉应用分子生物学、繁殖学及动物营养学的研究手段，进一步探明ROS损伤体外胚胎发育的信号转导途径和分子机制，为提高体外胚胎发育率和胚胎干细胞、转基因等技术提供技术支撑。本研究首次证实，通过清除奶牛卵母细胞和胚胎体外培养液中的多种ROS自由基，可激活FOXO转录因子，增加细胞内GSH含量，提高细胞内主要抗氧化酶SOD、GPX的表达量，缓解体外胚胎的氧化应激损伤，提高囊胚发育率，在此基础上建立了具有抗氧化功能的牛胚胎体外培养液。研究还证实，ROS影响了PI3K/Akt信号通路的关键因子：ERK、PI3K、p38MAPK的表达和活化，改变了PI3K/Akt信号通路下游的Akt、NF-κB、FOXO表达和磷酸化程度。上述结果暗示，ROS损伤体外培养的卵母细胞和胚胎可能与PI3K/Akt信号通路高度相关。本研究已初步揭示了ROS与PI3K/Akt信号通路互作损伤奶牛体外胚胎的分子机制，研究结果对解析胚胎体外发育机理和完善胚胎的体外培养体系具有重要的理论意义，可为利用体细胞克隆、转基因等技术扩繁优良家畜提供新的思路和理论依据。项目实施期间，共发表论文5篇，其中SCI论文2篇，国内一级期刊论文2篇，会议论文1篇。申请国家发明专利2项。培养研究生3名。培养中青年学术带头人1人。