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通过显微注射技术将单倍体圆形精子细胞注射入卵母细细胞中(round spermatid microinjection,ROSI)作为治疗男性不育的一种新手段,为那些严重的非梗阻性无精子症患者提供了生育自己遗传学子女的机会。临床上,圆形精子细胞可以从无精子症患者的精液或睾丸活检标本中获得。 虽然已有ROSI试管婴儿出生,但目前仍然存在ROSI胚胎发育能力较差、成功率低等问题。因此,探索研究这些问题,找到提高ROSI效率的方法,将推动这项辅助技术在人类临床上更广泛的应用。由于近年来较多的研究认为辅助生殖技术(ART)增加了印记缺陷相关疾病的风险,ART技术的安全性问题逐渐成为目前研究的焦点。因此,在提高ROSI效率的同时,通过对ROSI早期发育胚胎印记基因甲基化状态的检测,能够对初步评估ROSI技术的安全性提供一定的借鉴。 本研究内容分为两个部分: (一)首先,我们利用小鼠生发泡(GV)期卵细胞卵胞质裂解产物孵育圆形精子细胞,通过ROSI技术,单独注射孵育后的圆形精子细胞或者与GV期卵细胞的核仁一起注射入成熟的MⅡ期卵母细胞中,比较其对ROSI胚胎发育潜能的影响。之后,结合免疫荧光技术,通过囊胚形态特征及内细胞团中Oct4的表达来评估ROSI胚胎的质量,并且通过免疫荧光强度分析比对了ROSI胚胎组蛋白H3K9me3水平。实验结果表明,四个实验组和对照组的受精率,2-细胞、4-细胞胚胎的发育率都没有显著差异。而通过单独注射GV期卵细胞裂解产物孵育的圆形精子组或与核仁共注射组分别获得63.63%和70.83%的优质囊胚(Grade A),并且高于单独注射裂解缓冲液处理的圆形精子组(44.44%)和共注射裂解缓冲液处理的圆形精子与核仁组(50.00%)。更重要的是,单独注射 GV期卵胞质裂解产物孵育的圆形精子组或与核仁共注射组的胎儿出生率也显著高于单独注射裂解缓冲液孵育的圆形精子组(55.07%,50.82%vs.36.73%,P<0.05),并与ICSI组无显著差异。同时,荧光强度分析结果表明GV期卵细胞卵胞质处理使ROSI胚胎中组蛋白H3K9me3水平显著降低,使其更接近ICSI胚胎。以上结果说明,小鼠GV期卵母细胞卵胞质中的某些因子能够提高圆形精子细胞的重编程,进而显著提高获得ROSI小鼠的能力;而注射额外的核仁不能明显提高其重编程,但是其潜在的贡献不能完全排除。 (二)我们用不同浓度的组蛋白去乙酰化酶抑制剂Scriptaid对小鼠ROSI胚胎进行不同时间的处理,分析其对ROSI胚胎发育的影响。结果发现250nM Scriptaid处理10h可显著提高ROSI胚胎的囊胚率(59.14%vs.39.53%,P<0.05)和出生率(40.00%vs.20.59%,P<0.05)。此外,Scriptaid处理还上调了ROSI囊胚胚胎中多能性基因(Oct4,Nanog和Sox2)的表达,使其表达水平更接近于ICSI胚胎。同时,我们还发现ROSI囊胚中印记基因H19和Snrpn印记控制区呈现异常的去甲基化和“马赛克”式甲基化模式,而Scriptaid处理过的ROSI囊胚能更好的维持印记基因的甲基化状态,其与 ICSI胚胎相似。这部分研究说明合适的Scriptaid处理可以提高小鼠ROSI早期胚胎的发育潜能,进而提高 ROSI的效率。而且,Scriptaid处理的ROSI胚胎上调了一些多能性基因的表达和修复了印记基因ICR异常的甲基化修饰,使其更接近说明ICSI胚胎中的状态,这些结果表明Scriptaid处理一定程度上提高了ROSI胚胎的表观遗传重编程。虽然Scriptaid处理能显著提高小鼠ROSI的效率,但是我们还发现ROSI技术可能会有潜在的表观遗传风险。为了更全面的评价其安全性,有必要进行更深入的系统研究。 综上所述,我们首次发现GV卵胞质处理和Scriptaid处理能够显著提高小鼠圆形精子细胞显微受精的效率,期望其能够为临床人类ROSI效率与安全性的提高提供一种新的思路。