在体外培养期间补充益母草碱对牛胚胎氧化应激、细胞增殖、凋亡和自噬的影响

帮助牛胚胎在实验室中茁壮成长

在现代养牛业中，体外产生牛胚胎已成为常规操作，但这些生命的微小起点在体外并不总是能良好发育。一个隐蔽的元凶是被称为氧化应激的化学性损伤，它会在胚胎到达子宫之前就损害细胞。本研究检验了一种来自植物的化合物——益母草碱——是否能像保护屏障一样在培养皿中保护牛胚胎，提高它们发育为健康囊胚的机会，从而有望支持未来更强健、更有繁殖力的畜群。

胚胎在体外为何难以存活

在自然状态下，早期胚胎在母体生殖道内发育，受到平衡的激素和天然保护分子的缓冲。相比之下，体外培养的胚胎——在塑料培养皿内——面临更为严峻的环境。其中一个主要问题是活性氧种（reactive oxygen species，ROS）的累积。ROS是正常代谢的副产物，若无法被控制，就会导致氧化应激。过度的氧化应激会损伤脂质、蛋白质和DNA，诱发程序性细胞死亡，并促使细胞进入自我清除的通路，这些都会降低胚胎质量并减少妊娠成功的可能性。

一种植物分子的检验

益母草碱是从益母草中提取的天然化合物，长期以来在心脏及其他组织保护作用方面有研究报道。先前在猪和牛的研究表明，在卵子成熟或早期胚胎培养阶段加入益母草碱可以降低氧化损伤并促进更好的发育。本研究的研究者将注意力集中在受精后牛胚胎的培养阶段。他们首先测试了几种剂量，发现20微摩尔的益母草碱效果最佳：这一剂量的囊胚形成率高于更低剂量或更高剂量，较强的剂量甚至表现出有害效果。在这一最优剂量下，他们比较了在其他实验条件相同的情况下有无益母草碱处理的数百个胚胎。

更强健、细胞更多的胚胎

当胚胎达到囊胚阶段时，团队检查了它们包含的细胞数量及这些细胞的分布。与对照组相比，接受益母草碱处理的胚胎产生了更成熟的囊胚，且内细胞团（将形成胎儿）和外层滋养层（以后形成胎盘）中的细胞显著更多。细胞分裂的标志显示，处理组胚胎中更大比例的细胞处于积极增殖状态，与维持柔性、类干细胞状态相关的基因（通常与更好的发育潜能相关）也更为活跃。综合看来，这些发现表明接受益母草碱的胚胎不仅数量更多，而且在基本结构上更为健壮。

更少的损伤与更少的细胞自我销毁

研究者随后评估这些更健康的胚胎是否经历了较少的应激。荧光探针显示，与对照组相比，益母草碱处理的胚胎活性氧水平大约减半，而关键天然抗氧化物谷胱甘肽的水平显著升高。相应地，有助于中和有害分子的基因在处理组中被更强烈地激活。同时，处于程序性细胞死亡的细胞更少，每个囊胚内的死亡细胞比例下降。与细胞自噬通路相关的信号在蛋白水平和关键自噬基因的活性上也都减少，这表明益母草碱使更多细胞得以保持健康而非被清除。

这对养牛业意味着什么

通过在培养基中加入经过精心选择的益母草碱剂量，研究者能够培养出更多的牛囊胚，这些囊胚含有更多细胞、分裂更活跃，并且显示出较少的氧化损伤、细胞死亡和自我清除的迹象。简而言之，益母草碱帮助胚胎更好地抵御培养皿中的压力。尽管这些实验完全在体外完成，结果表明通过针对性的抗氧化剂微调培养条件，可能提高现代养牛中胚胎技术的效率和可靠性。最早期阶段更健康的胚胎最终可能转化为更高的妊娠率和更高产的畜群。

引用: Alkan, H., Satilmis, F., Deniz, Y.E. et al. Effects of leonurine supplementation during in vitro culture on oxidative stress, cell proliferation, apoptosis, and autophagy in bovine embryos. Sci Rep 16, 10091 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39889-3

关键词: 牛胚胎, 氧化应激, 益母草碱, 体外培养, 抗氧化剂