人类辅助生殖技术发展至今,其在胚胎培养领域已有了长足的进步,但是活婴的出生率仍不理想,这意味着胚胎培养基等相关产品具有继续提升的空间。而伴随代谢组学的引入,胚胎培养液的升级进步可能会有新的思路。
代谢组学:
作为一个新的组学研究热点,是系统生物学的重要组成部分,于1999年首次被提出。
其概念为对受病理生理刺激或基因改变的生物体系所反应的动态代谢进行多参数定量分析。
其基础是组群指标分析,以高通量检测和数据处理为手段,目标是信息建模与系统整合,定量分析特定时期、特定生理条件下细胞体系中所有的代谢物。
具体到辅助生殖领域,培养液作为胚胎发育的直接环境,值得我们运用代谢组学技术分析培养液的组成变化对胚胎发育潜能的影响(胚胎代谢组学),从而为培养液的改良提供依据。在此,我们举例三种常见培养液组分作为说明。
01.丙酮酸
胚胎早期代谢主要是为了产生足够能量以满足细胞生长和分化。胚胎细胞所需能量(ATP)主要由有氧氧化或三羧酸循环和无氧糖酵解产生,卵裂期胚胎以三羧酸循环为主,丙酮酸(及乳酸)则是这一时期胚胎的主要能源物质,而此时对葡萄糖的吸收较少,相关研究也显示发育至囊胚期胚胎比未发育至囊胚期胚胎的丙酮酸摄取量要高得多,从而部分证明了这一说法,即丙酮酸的摄取对胚胎发育潜能存在重要影响。
02.葡萄糖
在胚胎体外培养过程中,没有颗粒细胞存在并提供葡萄糖的情况下,胚胎对培养液中葡萄糖的依赖性显得尤其明显。葡萄糖不仅为胚胎提供能量、也是其他调控和生物合成途径的关键底物,葡萄糖吸收和代谢的任何轻微变化都可能导致胚胎发育阻滞,从桑葚胚发育到囊胚的过程中,对葡萄糖的代谢能力明显增强,这意味着葡萄糖的参与,对胚胎的发育潜能也存在重要影响。
03.氨基酸
分为必须氨基酸和非必须氨基酸,作为胚胎培养过程中重要的调控因子,其有利于维持细胞正常功能,而且能促进胚胎发育和分化,并提高种植后胚胎的发育潜能。氨基酸是蛋白质合成的基础,在胚胎代谢过程中也起着重要作用。氨基酸在胚胎发育植入前有几个关键的功能。它既可以作为胚胎细胞内pH缓冲液,也可作为生物合成的前体。作为抗氧化剂在信号肽的分化中,氨基酸可成为能量、代谢调节因子。有研究表明天门冬氨酸、甘氨酸和亮氨酸的介入与临床妊娠率和活产率明显相关。
结语:
通过对以上三种常见培养液组分的简要说明,我们可知未来培养液组分的改良必然要考量到胚胎在生长发育过程中不同阶段的实际代谢需求。
相关文献来源:
《代谢组学在预测胚胎发育潜能中的研究进展》
中国优生与遗传杂志2016年第24卷第10期