近年来,随着重工业的发展,镉污染所带来的环境健康问题日益受到社会各界的广泛关注。机体长期摄入过量的镉可造成多种组织器官损伤,除骨骼、肝脏和肾脏外,生殖系统也会遭到损伤,例如影响精子的发生、降低卵母细胞的质量、改变胎盘的超微结构等。但是,环境镉暴露对于早期胚胎的危害机制并不完全清楚。本研究以小鼠为动物模型,探究镉暴露对早期胚胎发育的影响。1镉对小鼠卵母细胞和早期胚胎发育的影响本实验室前期研究结果表明,孕鼠自由饮用镉水会干扰卵母细胞的正常减数分裂成熟过程以及早期胚胎发育。为了进一步探究镉是通过破坏生殖系统微环境来影响卵母细胞和胚胎,还是直接作用于卵母细胞和早期胚胎本身来发挥毒性作用,本研究探讨了体外培养过程中镉处理的影响。雌性小鼠超数排卵获取卵母细胞后,在培养液中分别添加10、25和50μM的氯化镉。结果显示,随着镉浓度的升高,未成熟卵母细胞(MI期)所占比例升高,成熟卵母细胞(MⅡ期)所占比例降低;当镉浓度达到50μM时,MⅠ期和MⅡ期卵母细胞占比与对照组相比具有显著性差异,表明镉处理不会抑制卵母细胞减数分裂的恢复,但干扰了第一次减数分裂的正常完成,该结果与本实验室前期体内研究结果相一致。进一步地,采集受精卵进行体外培养,培养液中分别添加5μM和10μM的氯化镉。结果显示,与对照组相比,随着镉浓度的升高和培养时间的增加,早期胚胎的发育速度减缓,囊胚发育率降低,死亡率升高。表明镉暴露能对早期胚胎造成损伤,并降低其发育质量。综合来看,镉能直接作用于卵母细胞和早期胚胎本身来发挥毒性作用,干扰卵母细胞减数分裂成熟过程和损害早期胚胎发育。2镉对小鼠早期胚胎DNA损伤和氧化应激的影响为了进一步探讨镉损害早期胚胎发育的机制,本试验检测了镉对早期胚胎体内发育过程中DNA损伤和修复水平的影响。孕鼠自由饮用含镉水(64mg/L)2d后,采集胚胎,利用免疫荧光检测早期胚胎中DNA损伤标志性蛋白γ-H2AX的表达和定位;利用qRT-PCR方法检测DNA损伤修复相关基因的表达水平。结果显示,与对照组相比,镉处理组胚胎的γ-H2AX相对荧光强度极显著增强;镉处理组胚胎中PARP1、RAD51和XRCC6的mRNA表达水平极显著低于对照组,但ATM、BRCA1和PRKDC的mRNA表达水平在两组间无显著性差异。表明镉暴露会造成小鼠早期胚胎DNA损伤,并抑制部分DNA修复基因的表达,这也许是镉干扰早期胚胎发育的其中一个原因。已有研究证实,DNA损伤和ROS引起的氧化应激之间存在密切的联系。本研究进一步检测了镉对早期胚胎发育过程中ROS水平的影响,及其与线粒体功能的关系。结果显示,与对照组相比,镉处理组胚胎中ROS水平极显著上升,同时线粒体氧化活性极显著增强,表明镉暴露可导致早期胚胎发生氧化应激,而线粒体功能会得到增强以应对该应激反应。3镉对小鼠早期胚胎组蛋白修饰的影响受精后早期胚胎发育过程中,表观遗传修饰发生剧烈的波动以消除亲本间的差异并建立子代的表观遗传信息。为了研究镉是否造成早期胚胎的表观遗传修饰异常,孕鼠自由饮用镉水(64mg/L)2 d后,采集胚胎,利用免疫荧光检测H3K4me2、H3K9me2、H4K8ac和H4K12ac的水平,同时进一步检测组蛋白去乙酰化酶HDAC1的表达水平来反映镉对早期胚胎表观遗传修饰的影响。结果显示,镉处理导致早期胚胎中H4K8ac和H4K12ac的水平极显著降低,但H3K4me2和H3K9me2的水平无显著性变化;免疫荧光结果显示,HDAC1蛋白在有丝分裂间期与染色质共定位,镉处理使HDAC1水平极显著升高。表明镉可能通过上调HDAC1的表达来降低组蛋白乙酰化水平,但对组蛋白甲基化水平无显著性影响。HDAC1介导的组蛋白乙酰化异常可能是镉干扰早期胚胎发育的原因之一。综上所述,镉能够干扰卵母细胞减数分裂成熟过程,并通过ROS、线粒体功能、DNA损伤和组蛋白乙酰化修饰的异常来损害早期胚胎发育。