转座元件 MERVL 通过 TET3 调控氧化损伤小鼠植入前胚胎 DNA 去甲基化：解锁胚胎发育的关键密码

研究人员为探究氧化损伤对胚胎发育影响，研究 MERVL，发现其通过 TET3 影响 DNA 甲基化，助力理解胚胎发育机制。

　　### 胚胎发育迷雾重重：氧化损伤与 MERVL 的神秘关联
在生命的起始阶段，胚胎发育就像一场精密的 “生命之舞”，但辅助生殖技术（ART）却给这场舞蹈带来了一些不和谐的音符。ART 为众多不孕家庭带来希望的同时，也引发了人们对后代长期健康风险的担忧。体外培养环境无法完全模拟子宫内的复杂环境，这可能导致活性氧（ROS）过度产生，进而引发氧化损伤。临床研究发现，ART 过程中患者会经历不同程度的氧化应激，而 ART 后代患心血管、代谢疾病、儿童癌症和神经发育障碍的风险也有所增加。

其中，DNA 甲基化作为一种关键的表观遗传修饰，在胚胎发育中起着至关重要的作用。它参与染色体稳定性的维持、基因组印记的调控以及 X 染色体失活等过程。在哺乳动物胚胎发育过程中，基因组会经历两次重要的 DNA 甲基化模式重编程，而合子基因组激活（ZGA）是一个关键的表观遗传重塑过程，涉及全基因组去甲基化、染色质重塑等。

逆转录转座子元件 MERVL 在 2 细胞阶段特异性表达，常被用作胚胎全能性的指标，但它在胚胎发育中的具体作用一直是个谜。而且，MERVL 表达与 DNA 去甲基化时间高度重叠，这究竟是巧合还是存在潜在的调控机制？带着这些疑问，汕头大学医学院第一附属医院生殖中心等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Molecular Medicine》上。

研究方法：探寻生命奥秘的 “钥匙”

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是数字扰动基因 mRNA 测序（Epi^TM DRUG-seq），该技术能在低细胞输入情况下，有效捕获 mRNA 的 poly (A) 尾，用于转录和文库构建，从而分析基因和转座元件（TEs）的表达；二是单细胞全基因组亚硫酸氢盐测序（scWGBS），可以检测极少量细胞的全基因组甲基化情况，帮助揭示早期胚胎发育的表观遗传机制；三是蛋白质免疫印迹法（Western blot）和免疫荧光分析（IF），用于检测蛋白质的表达和定位。研究中使用的样本主要来自 C57BL/6 小鼠，通过体外受精（IVF）获得胚胎，并构建了氧化损伤小鼠受精卵模型。

研究结果：层层揭开胚胎发育的神秘面纱

1. 氧化应激对 IVF 小鼠胚胎的影响：研究发现，氧化应激会导致 IVF 小鼠胚胎发育停滞、DNA 损伤和细胞凋亡。体外培养的受精卵在受到氧化应激后，2 细胞胚胎的分裂减少，囊胚发育率降低，OCT4 蛋白表达下降。同时，氧化损伤还会导致 DNA 损伤，γH₂AX 作为 DNA 损伤的标志物，其表达在 2 细胞阶段就显著增加。在囊胚阶段，过氧化氢（H₂O₂）处理组的细胞凋亡明显增加。通过 Epi^TM DRUG-seq 分析发现，氧化损伤影响了许多基因的表达，这些基因主要涉及氧化磷酸化、Wnt 信号通路、细胞凋亡和胰岛素信号通路等。而且，氧化应激还会降低 MERVL 等转座元件的表达123。
2. MERVL 对胚胎发育的重要性：为了探究 MERVL 在胚胎发育中的作用，研究人员使用反义寡核苷酸（ASO）抑制 MERVL 的表达。结果发现，MERVL 的缺失虽然不影响 2 细胞分裂，但会导致囊胚形成率显著下降，同时 TUNEL 凋亡增加，γH₂AX 表达上调，这表明 MERVL 对维持植入前胚胎的基因组稳定性至关重要，缺失 MERVL 会诱导 DNA 损伤和细胞凋亡45。
3. 氧化应激与 DNA 甲基化的关系：利用全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS），研究人员发现氧化损伤会导致早期胚胎基因组的整体甲基化水平显著增加。在受精卵阶段，氧化损伤使雄性原核未能及时去甲基化，5mC 水平升高，这种差异一直持续到植入前胚胎阶段。进一步分析发现，氧化损伤会导致促进 DNA 甲基化的 DNMT1 表达增加，而促进 DNA 去甲基化的 TET3 表达下降67。
4. MERVL 对 DNA 甲基化的调控作用：研究人员发现，MERVL 的表达似乎不受 DNA 甲基化水平的影响，但 MERVL 的缺失会导致 DNA 甲基转移酶的表达发生变化。在 2 细胞和囊胚阶段，TET3 表达下降，而 DNMT3A 在 2 细胞阶段表达增加，DNMT1 在囊胚阶段表达增加。通过拯救实验发现，敲低 MERVL 会阻止 2 细胞阶段 5mC 向 5hmC 的转化，而拯救实验可以诱导这种转化。在囊胚阶段也观察到类似现象，这表明 MERVL 通过 TET3 影响 DNA 甲基化89。

研究结论与意义：照亮胚胎发育研究的道路

这项研究揭示了氧化损伤对胚胎发育的影响机制，明确了 MERVL 在胚胎发育中的重要作用。氧化损伤会降低 MERVL 的表达，而 MERVL 的缺失会导致 DNA 损伤、细胞凋亡增加，影响胚胎的正常发育。同时，MERVL 通过调控 TET3 的表达，影响胚胎 DNA 甲基化重编程。

这一研究成果不仅为理解胚胎发育的分子机制提供了重要线索，也为 ART 相关的研究提供了理论基础。未来，或许可以基于这些发现，优化 ART 的体外培养条件，降低氧化损伤对胚胎的影响，提高辅助生殖的成功率，减少后代的健康风险。从更广泛的角度来看，该研究为生命科学和健康医学领域的发展做出了重要贡献，为探索胚胎发育的奥秘打开了新的大门，有望在未来带来更多关于生命起始阶段的突破性发现。