自年首例试管婴儿路易丝·布朗通过体外受精(IVF)成功受孕以来，治疗不孕症的辅助生殖技术(ART)取得了重大进展。在过去的40年里，通过IVF受孕的婴儿数量约占全球出生人口总数的0.1%。预计到年，这一数字将达到总人口的3.5%左右。体外胚胎发育受多种因素影响，其中体外受精、胞浆内精子注射和冷冻保存是影响体外受精效率的主要因素。培养基是人工受孕技术必不可少的，一般由无机盐、碳水化合物、氨基酸、维生素、核酸前体、螯合剂、抗氧化剂、抗生素、大分子、激素、生长因子等组成。虽然培养基的组成在不断优化，但胚胎的体外发育在胚胎代谢、形态、表观遗传学变化及相关基因表达等方面仍存在不足。此外，培养基可能对出生后的后代产生长期的有害影响。因此，急需对胚胎培养基进行优化，以提高培养效率。
褪黑激素是一种普遍存在于从细菌到人类几乎每一个有机体中的分子，它与睡眠和昼夜节律、抗氧化活性和增强免疫力有关。此外，褪黑素被认为是一种多功能的抑癌剂，对非小细胞肺癌、结直肠癌、阿尔茨海默病、慢性肾病和急性缺血再灌注肝损伤有潜在的治疗作用。值得注意的是，一些研究表明，褪黑激素参与生殖、生育和发育。
细胞外囊泡(EVs)被报道通过传递非编码RNA和蛋白质介导细胞间的相互作用。此外，输卵管EVs在输卵管-胚胎相互作用中起着重要的作用。虽然褪黑素和EVs在生殖中发挥重要作用，但在体外胚胎培养中，褪黑素和EVs介导的交流缺失。作者推测，缺乏这种交流可能是胚胎在体外培养能力较差的原因。因此，年2月3号，西安交通大学刘恩歧教授在JPinealRes杂志上发表了题为“ExtracellularVesiclesandMelatoninBenefitEmbryonicDevelopbyRegulatingReactiveOxygenSpeciesand5-methylcytosine”的文章，该研究主要发现了细胞外囊泡和褪黑激素通过调节活性氧和5-甲基胞嘧啶有利于胚胎发育，为细胞通讯过程中EVs和褪黑激素的作用提供了新的见解，并为胚胎和母体输卵管之间的通讯提供了新的证据。
作者首先对体内、体外对照和体外输卵管液组培养的8细胞阶段的胚胎进行分析，以确定ROS和5-mC水平的变化。结果发现体外对照组的ROS和5-mC水平明显高于其他两组，体外对照组囊胚率明显低于其他两组。
图一：输卵管液对8细胞期相对ROS和5-mC水平及囊胚率的影响
随后作者进一步检测了添加不同浓度的褪黑激素(0、34.3、.0pg/mL和.0ng/mL)的胚胎体外培养8细胞阶段的ROS和5-mC水平。在补充了0、34.3或.0pg/mL褪黑激素的组中，ROS和5-mC水平及囊胚率没有显著差异，然而，浓度为.0ng/mL的褪黑激素显著降低ROS和5-mC水平，并显著增加囊胚率。此外，在整个植入前阶段，通过免疫染色检测MT1的表达。接下来，作者使用褪黑激素受体拮抗剂luzindole来阻断褪黑激素的功能;与褪黑素处理组相比，褪黑素和luzindole处理组胚胎的ROS、5-mC和DNMT1水平明显升高，囊胚率较低。然而，DNMT3a和DNMT3b在各组间的表达水平没有显著差异。作者分析了DNMT1、DNMT3a和DNMT3b的表达，因为它们是甲基化相关的基因。
图二:8细胞期ROS和5-mC的相对水平和表观遗传相关基因的表达
然后作者从输卵管液中提取了细胞外囊泡，进行透射电镜观察，并通过westernblotting和纳米颗粒跟踪分析进一步鉴定。为了确定EV功能是否与褪黑激素相关，我们在EV治疗中加入了luzindole，与单独使用EV组相比，使用EV和luzindole处理的胚胎显示更高水平的ROS、5-mC、DNMT1表达，囊胚率较低。与此同时，所有EV组中DNMT3a的表达水平均显著低于其他组，无论是否使用luzindole治疗，此外，DNMT3b在各组间的表达水平无显著差异。
图三：EVs和luzindole对8细胞期相对ROS和5-mC水平、表观遗传学相关基因表达及囊胚率的影响
最后，作者结合EVs(1.个颗粒/mL)和褪黑激素(34.3pg/mL)来测试它们对胚胎培养的影响。发现这种组合显著降低了ROS和5-mC水平。综上所述，作者描述了EVs和褪黑激素在体外胚胎发育中的作用，并确定了它们通过调节ROS和5-mC水平来促进体外胚胎发育的协同机制。这些发现对辅助生殖具有重要的意义，因为它们为胚胎和母体输卵管之间的沟通提供了新的见解，并为未来EVs和褪黑激素的生物医学应用提供了新的范式。
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