線粒體與胚胎質(zhì)量相關(guān)性研究進(jìn)展

徐梓萌，馬盼盼，欒維民，馬 馨

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130118)

近年來(lái)，克隆、體外受精、胚胎冷凍、胚胎移植、胚胎干細(xì)胞系培養(yǎng)等胚胎工程相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，而胚胎質(zhì)量則是決定胚胎工程成功與否的關(guān)鍵。線粒體作為動(dòng)物細(xì)胞核外遺傳的主要物質(zhì)，與胚胎的質(zhì)量密切相關(guān)，線粒體在胚胎發(fā)育中的功能及其對(duì)胚胎質(zhì)量的反映的深入研究能夠?yàn)榕咛スこ滔嚓P(guān)技術(shù)的研究提供可行性技術(shù)方法和理論依據(jù)。本文對(duì)線粒體結(jié)構(gòu)、功能、數(shù)量、分布、遺傳物質(zhì)、自噬機(jī)制等方面與胚胎質(zhì)量間聯(lián)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并展望了線粒體研究在促進(jìn)胚胎技術(shù)進(jìn)一步成熟方面的發(fā)展前景。

1 線粒體基本功能及在胚胎發(fā)育中的作用

1.1 為胚胎發(fā)育供能

胚胎發(fā)育過(guò)程需要大量的能量來(lái)供給，諸如紡錘體形成、染色單體分離和細(xì)胞分裂等關(guān)鍵步驟。在胚泡著床之前，早期胚胎中主要由母源線粒體通過(guò)糖酵解為受精卵供能，之后則轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸姿峄?。乳酸生?氧消耗比(即糖酵解/ 氧化磷酸化比)、脂質(zhì)利用率和氨基酸周轉(zhuǎn)等線粒體相關(guān)代謝指標(biāo)，可以用來(lái)預(yù)測(cè)胚胎生存力。受精后的早期胚胎不能立即進(jìn)行線粒體的合成，卵裂球內(nèi)每個(gè)細(xì)胞中的線粒體數(shù)量隨著細(xì)胞分裂而減少，因而胚胎發(fā)育過(guò)程中有限個(gè)數(shù)的線粒體的代謝極為旺盛，表現(xiàn)為線粒體膜電位ΔΨm 的升高和ATP含量的增加(受精卵的ATP含量顯著高于卵母細(xì)胞，胚胎的ATP含量顯著高于受精卵和卵母細(xì)胞)。而發(fā)生發(fā)育阻滯的胚胎ΔΨm和ATP水平顯著低于正常胚胎;抑制線粒體代謝活性將嚴(yán)重影響胚胎發(fā)育導(dǎo)致胚胎發(fā)育受阻、非整倍體率增加[1]。已有試驗(yàn)成功使用白藜蘆醇調(diào)節(jié)線粒體代謝功能以提高胚胎質(zhì)量[2]。線粒體的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)各階段胚胎的能量供應(yīng)至關(guān)重要，通過(guò)對(duì)線粒體供能效率的觀察及調(diào)節(jié)能夠估計(jì)并調(diào)控胚胎的發(fā)育效率。

1.2 調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)

基于線粒體的鈣信號(hào)傳導(dǎo)在胚胎激活和胚胎干細(xì)胞分化中十分重要。線粒體能夠儲(chǔ)存Ca2+，并與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)等結(jié)構(gòu)相偶聯(lián)，共同參與細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的動(dòng)態(tài)平衡，從而調(diào)控相關(guān)生理反應(yīng)。如卵子受精期間的鈣震蕩引發(fā)線粒體電子傳遞鏈(ETC)的激活。受精后胚胎將經(jīng)歷一系列鈣信號(hào)傳導(dǎo)，對(duì)基因表達(dá)和發(fā)育具有長(zhǎng)期影響。細(xì)胞凋亡與細(xì)胞質(zhì)中的Ca2+濃度升高相關(guān)在眾多試驗(yàn)[3-5]中得到證實(shí)，當(dāng)多種刺激因子作用于不同細(xì)胞誘導(dǎo)凋亡的過(guò)程，伴隨細(xì)胞質(zhì)的鈣超載。細(xì)胞內(nèi)鈣離子的升高可通過(guò)生成活性氧簇(ROS)、活性氮離子等下游環(huán)節(jié)破壞細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)而致細(xì)胞凋亡。線粒體Ca2+濃度過(guò)高可損害氧化磷酸化 (oxidative phosphorylation，OXPHOS)作用，并通過(guò)電子傳遞鏈促進(jìn)活性氧離子生成，亦可通過(guò)改變線粒體膜的通透性，抑制ATP的生成和促進(jìn)壞死。因此，有人提出了細(xì)胞中Ca2+平衡的打破決定細(xì)胞凋亡的假說(shuō)，已經(jīng)被普遍接受。線粒體調(diào)控的鈣穩(wěn)態(tài)機(jī)制的揭示對(duì)于受精卵激活、胚胎發(fā)育及凋亡等環(huán)節(jié)均具有一定程度的指示作用。

1.3 活性氧簇對(duì)胚胎發(fā)育的影響

線粒體有氧代謝過(guò)程生成ATP的同時(shí)產(chǎn)生一系列含氧中間產(chǎn)物，稱活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)。生物體內(nèi)的抗氧化酶、激素以及某些維生素、礦物質(zhì)能夠清除ROS，使其在細(xì)胞內(nèi)達(dá)到平衡。適宜濃度的ROS是重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，能促進(jìn)胚胎增殖分化，線粒體解偶聯(lián)蛋白2(UCP2)通過(guò)ROS介導(dǎo)的Yap途徑來(lái)調(diào)節(jié)胚胎神經(jīng)發(fā)生[6]。而由于代謝過(guò)于旺盛或清除能力低下使ROS濃度過(guò)高則會(huì)引起氧化應(yīng)激，造成細(xì)胞中蛋白質(zhì)、核酸等大分子的過(guò)氧化損傷，導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)破壞和分布異常造成胚胎永久性發(fā)育阻滯，高齡影響胚胎質(zhì)量的原因中即包括ROS堆積產(chǎn)生的氧化損傷。正常的早期胚胎維持總體低水平的代謝，使氧化應(yīng)激最小化，僅產(chǎn)生必需的ATP以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞功能。氧化應(yīng)激反應(yīng)及發(fā)育阻滯的胚胎中,線粒體活性升高,線粒體數(shù)目增加,線粒體轉(zhuǎn)錄因子A表達(dá)增強(qiáng),表明線粒體參與了調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ROS的動(dòng)態(tài)平衡[7]。常用的ROS阻斷劑、清除劑有NAC、catalase、Apocynin、DPI等。對(duì)于胚胎各階段活性氧簇生成與清除機(jī)制的進(jìn)一步研究能夠保證線粒體功能更好的發(fā)揮，從而提高胚胎工程效率。

1.4 線粒體凋亡通路對(duì)胚胎發(fā)育的調(diào)控

細(xì)胞凋亡是由基因控制的細(xì)胞自主的程序性死亡,能夠選擇性地去除老化、損壞或其他不需要的細(xì)胞，是胚胎發(fā)育的重要組成部分。細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)或凋亡信號(hào)被傳導(dǎo)至線粒體，增加線粒體對(duì)于蛋白質(zhì)的通透性，釋放細(xì)胞色素C。細(xì)胞色素C在促進(jìn)caspase級(jí)聯(lián)反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，一旦被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，即可觸發(fā)一系列的事件，從而導(dǎo)致核小體裂解，細(xì)胞凋亡。bcl-2家族是線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡的重要因素，既可以維持細(xì)胞存活(bcl-2、bcl-xl、bcl-w、mcl-1、A1/bfl1)，也能夠促進(jìn)細(xì)胞死亡(Bax、Bak、bcl-xs、Bad、Bid、Bik、Hrk、Bok)，它們的相對(duì)豐度是細(xì)胞凋亡閾值的決定因素[8]。國(guó)內(nèi)已有研究通過(guò)口服中成藥抑制線粒體凋亡通路,下調(diào)Bax因子、抑制Cty-c自線粒體中釋放,抑制Caspase3表達(dá),進(jìn)而抑制顆粒細(xì)胞凋亡,改善IVF結(jié)局，提高其優(yōu)卵、優(yōu)胚率[9]。線粒體凋亡通路具體機(jī)制的揭示，不僅有助于提高胚胎成活率，或許對(duì)于胚胎發(fā)育模式的進(jìn)一步探究也具有一定意義。

1.5 線粒體膜電位的維持與細(xì)胞凋亡

線粒體膜電位(mitochondrial membrane potential，MMP或ΔΨm)由質(zhì)子泵(復(fù)合物Ⅰ，Ⅲ和Ⅳ)產(chǎn)生，是氧化磷酸化過(guò)程中能量以電化學(xué)勢(shì)能儲(chǔ)存于線粒體內(nèi)膜的結(jié)果。正常的MMP與質(zhì)子梯度(ΔpH)是維持線粒體氧化磷酸化偶聯(lián)、產(chǎn)生ATP的先決條件,ΔΨm通過(guò)選擇性消除功能障礙的線粒體而在線粒體體內(nèi)平衡中起關(guān)鍵作用，它還是運(yùn)輸離子(H+除外)和蛋白質(zhì)的驅(qū)動(dòng)力[10]。線粒體功能的評(píng)估可以使用TPP+(四苯基鏻)電極進(jìn)行電膜電位分析。胚胎的發(fā)育與線粒體膜電位呈正相關(guān)，膜電位越高的線粒體，代謝越旺盛。近來(lái)發(fā)現(xiàn)多種細(xì)胞在機(jī)制介導(dǎo)的凋亡中均伴有MMP的下降，MMP降低將會(huì)引發(fā)一連串細(xì)胞凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致不可逆的細(xì)胞凋亡。該過(guò)程早于DNA片段化等細(xì)胞凋亡早期病理變化,是目前觀測(cè)到出現(xiàn)時(shí)間較早的細(xì)胞凋亡跡象。

2 線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)與胚胎發(fā)育的相關(guān)性

隨著胚胎的發(fā)育,線粒體的形態(tài)和位置發(fā)生一系列改變,其超微結(jié)構(gòu)的變化與代謝功能的進(jìn)化密切相關(guān)。線粒體總體遵循由基質(zhì)電子密度高、含少量管泡狀嵴的橢圓形未成熟線粒體，向基質(zhì)電子密度低、含有大量板層狀嵴、具有高代謝活性的長(zhǎng)條狀成熟線粒體轉(zhuǎn)變的發(fā)育規(guī)律。在受精卵至2細(xì)胞期，線粒體呈啞鈴狀，呈現(xiàn)同心圓狀的嵴。 從4細(xì)胞到桑椹胚期，線粒體具有較長(zhǎng)的橫向嵴結(jié)構(gòu)。Au H K等[11]通過(guò)電鏡觀察了人未受精卵母細(xì)胞、早期胚胎和發(fā)育停滯胚胎的線粒體超微結(jié)構(gòu)，認(rèn)為線粒體嵴分化不完全會(huì)損害早期胚胎的發(fā)育。有研究稱,異種克隆的牛卵母細(xì)胞與山羊體細(xì)胞之間不能有效的進(jìn)行核-質(zhì)互作，具體表現(xiàn)為出現(xiàn)多分葉形線粒體，從而影響牛-山羊異種克隆胚胎的后期發(fā)育[12]。線粒體的形態(tài)變化可以作為一個(gè)指標(biāo)，衡量核與質(zhì)之間是否能有效地進(jìn)行功能的協(xié)調(diào)。

3 線粒體分布與胚胎發(fā)育

目前關(guān)于線粒體分布的研究主要集中于神經(jīng)科學(xué)，胚胎發(fā)育方面研究較少。線粒體形態(tài)與分布很大程度上取決于于線粒體的不斷融合與分裂。線粒體通常分布在需要大量能量供應(yīng)以及氧化反應(yīng)較多的部位。在細(xì)胞質(zhì)中，線粒體能以細(xì)胞骨架為軌道、由馬達(dá)蛋白提供動(dòng)能向代謝旺盛的區(qū)域遷移。受精卵中，活躍的線粒體聚集在核反應(yīng)區(qū)。精子注入或鍶激活后，線粒體圍繞在細(xì)胞核周?chē)穆涯讣?xì)胞表現(xiàn)出正常的胚胎發(fā)育能力，而線粒體異常分散的卵母細(xì)胞的胚胎發(fā)育率明顯較低[13]。核聚類(lèi)和皮質(zhì)環(huán)是卵裂早期最明顯的特征。線粒體的分布是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，在多種動(dòng)物的胚胎發(fā)育過(guò)程中均可見(jiàn)線粒體的重分布，對(duì)于線粒體重分布的描述，在不同物種、發(fā)育的不同階段間尚未得出統(tǒng)一的結(jié)論。其分布主要有三種描述形式：①集中分布于核周，多見(jiàn)于分裂早期；②均勻分布于細(xì)胞質(zhì)，常見(jiàn)于后期的多細(xì)胞卵裂球；③聚集在細(xì)胞周邊的細(xì)胞膜附近，多為未成熟的卵母細(xì)胞。

3.1 與細(xì)胞骨架的聯(lián)系

線粒體的分布受細(xì)胞骨架控制,在胚胎分裂及能量供給中起關(guān)鍵作用。先前的研究認(rèn)為，細(xì)胞骨架中的微管在線粒體分布中起主要作用。Sun Q Y等[14]通過(guò)分別對(duì)微管、微絲進(jìn)行破壞并觀察線粒體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，證明線粒體的易位是由微管而非微絲介導(dǎo)。微管的組裝和分解是胚胎發(fā)育中最耗能的活動(dòng)之一，在染色體的精準(zhǔn)定位和分離中起著重要的作用。線粒體分布在靠近微管的apico-基底軸上，通過(guò)微管運(yùn)輸調(diào)節(jié)合胞體胚胎頂端的線粒體含量，由運(yùn)動(dòng)蛋白將線粒體平均分配給其子細(xì)胞，并為合胞體的高速分裂提供局部ATP。抑制線粒體電子傳遞鏈(ETC)活性使ATP耗竭，使腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)激活，將會(huì)抑制胚胎的中期溝槽延伸的形成[15]。卵母細(xì)胞胞質(zhì)中的線粒體可以在微管的作用下進(jìn)行移動(dòng)，這使得不同發(fā)育階段特征性分布的線粒體能更好地發(fā)揮作用。近期有試驗(yàn)得出了與之前不同的結(jié)果。Yamochi T等[16]等觀察到，接受線粒體移植的豬卵母細(xì)胞中，植入的線粒體從中心轉(zhuǎn)移到卵母細(xì)胞的皮質(zhì)區(qū)域，并沿細(xì)胞膜擴(kuò)散。線粒體的這種運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)細(xì)胞松弛素B或細(xì)胞-chalasin D抑制，但不能通過(guò)秋水仙素抑制，提示線粒體的分布可能有微絲的參與。因此，參與線粒體細(xì)胞內(nèi)分布的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)仍有待驗(yàn)證。

3.2 對(duì)泛素定位的影響

泛素(ubiquitin，Ub)是真核細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的一類(lèi)小肽，可與受體蛋白共價(jià)結(jié)合，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system,UPS)是蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)降解的主要途徑，具有消除錯(cuò)誤蛋白、調(diào)節(jié)功能蛋白、調(diào)控基因表達(dá)等一系列與胚胎發(fā)育密切相關(guān)的功能。蛋白質(zhì)先被泛素標(biāo)記，然后被蛋白酶體識(shí)別和降解，此過(guò)程需要消耗能量，而線粒體則可為其提供ATP。蛋白質(zhì)合成以及細(xì)胞核分裂時(shí)，紡錘體的形成均在細(xì)胞核周邊進(jìn)行，Ub定位在細(xì)胞核周邊以利修飾，該過(guò)程需要線粒體參與以供給大量能量。已有試驗(yàn)證實(shí),胚胎發(fā)育過(guò)程中泛素的定位與線粒體的分布相互關(guān)聯(lián)，泛素蛋白與線粒體共定位[17]。Lehmann G等[18]研究發(fā)現(xiàn)，許多線粒體蛋白被泛素化， 眾多UPS結(jié)構(gòu)定位于線粒體、含有線粒體靶向序列且能夠與線粒體蛋白質(zhì)相互作用，整個(gè)泛素化機(jī)制定位于線粒體。證實(shí)了線粒體的基本功能受到泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的調(diào)控。線粒體與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的互作有效地調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，使胚胎正常發(fā)育。

4 線粒體數(shù)量對(duì)胚胎發(fā)育的影響

卵細(xì)胞胞質(zhì)的線粒體為早期胚胎提供所需的全部能量，也作為后期每個(gè)卵裂球中mtDNA復(fù)制的模板，直至囊胚階段線粒體才會(huì)開(kāi)始增殖。哺乳動(dòng)物的成熟卵母細(xì)胞含有105～108個(gè)線粒體，線粒體數(shù)量不足的卵裂球?qū)?huì)分裂停滯并發(fā)生碎裂。在小鼠和倉(cāng)鼠模型中的研究表明，在滋養(yǎng)外胚層(TE)中每個(gè)細(xì)胞的平均線粒體數(shù)目比內(nèi)細(xì)胞團(tuán)(ICM)偏高，而滋養(yǎng)層和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)最終將分別發(fā)育成為胎盤(pán)和胎兒[19-20]。后期胚胎中線粒體的復(fù)制則與線粒體的分裂與融合相關(guān)。其過(guò)程發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體接觸位點(diǎn)，兩細(xì)胞器聯(lián)合協(xié)調(diào)mtDNA的合成，并將新復(fù)制的核苷分配到子代線粒體[21]。線粒體通過(guò)不斷地融合與分裂維持穩(wěn)定的數(shù)量與功能，線粒體動(dòng)力蛋白在其中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)線粒體融合蛋白與分裂蛋白在胚胎發(fā)育中均具有重要功能。Chen H等[22]在其研究中指出，缺乏Mfn1或Mfn2的小鼠會(huì)在妊娠中期死亡，Mfn2突變特異性地?fù)p害胎盤(pán)滋養(yǎng)細(xì)胞巨細(xì)胞層。Drp1敲除的小鼠胚胎未能進(jìn)行正常發(fā)育調(diào)控的凋亡，死于胚胎期第11.5天[23]?？梢缘贸?，胚胎線粒體數(shù)量具有時(shí)間特異性、組織特異性，胚胎發(fā)育后期可通過(guò)對(duì)線粒體融合蛋白與分裂蛋白基因的調(diào)控調(diào)整細(xì)胞內(nèi)線粒體水平，影響胚胎的發(fā)育活性。

5 線粒體DNA對(duì)胚胎發(fā)育的影響

線粒體基因組為多拷貝基因，約16.7 kb的雙鏈，環(huán)狀DNA，類(lèi)似于原核DNA。線粒體基因組復(fù)制獨(dú)立于細(xì)胞周期。該DNA編碼參與氧化磷酸化的酶。線粒體基因組編碼13個(gè)蛋白(氧化磷酸化途徑的全部部分)，22個(gè)轉(zhuǎn)移RNA和2個(gè)核糖體RNA。這些基因產(chǎn)物的表達(dá)在很大程度上受細(xì)胞核控制。

5.1 mtDNA拷貝數(shù)對(duì)胚胎發(fā)育的影響

不同于抑制氧化磷酸化活性會(huì)嚴(yán)重影響卵子的體外成熟和胚胎發(fā)育，研究表明[24],對(duì)于mtDNA復(fù)制的抑制不會(huì)影響卵子體外成熟和體外受精，但可對(duì)后期的胚胎發(fā)育潛能產(chǎn)生不良影響。Ssbp1和Polg2是最為熟知的mtDNA復(fù)制相關(guān)基因，抑制Ssbp1和Polg2將會(huì)損傷胚胎造成發(fā)育受阻[25]，而mtDNA復(fù)制障礙將會(huì)導(dǎo)致線粒體生物合成受損。囊胚形成前mtDNA拷貝數(shù)較卵母細(xì)胞時(shí)期短暫下降，且此時(shí)的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)處于低耗氧率的未分化狀態(tài)，而滋養(yǎng)外胚層的mtDNA拷貝數(shù)以及線粒體有氧代謝則表現(xiàn)為增加[26],可能與胚胎的附植活動(dòng)相關(guān)。國(guó)內(nèi)有研究表明[27],mtDNA拷貝數(shù)與卵母細(xì)胞質(zhì)量及胚胎發(fā)育能力成正相關(guān);通過(guò)移植外源線粒體可以提高水牛次級(jí)卵母細(xì)胞的發(fā)育潛能。多項(xiàng)研究[28-30]表明，高齡產(chǎn)婦囊胚mtDNA顯著增高，與其低生育率、高染色體異常率有一定聯(lián)系。Wells D[31-32]等研究均支持將mtDNA量化作為衡量胚胎質(zhì)量、預(yù)測(cè)胚胎植入潛力的生物標(biāo)志物?？傮w看來(lái)，胚胎發(fā)育早期mtDNA拷貝數(shù)的低水平和發(fā)育后期mtDNA拷貝數(shù)的逐漸升高被認(rèn)為是有利的，且呼吸功能與mtDNA拷貝數(shù)之間并非呈簡(jiǎn)單的正相關(guān)。

5.2 線粒體異質(zhì)性對(duì)胚胎發(fā)育的影響

目前的研究認(rèn)為,早期胚胎中的線粒體全部源自卵母細(xì)胞質(zhì),為母系遺傳,精子中攜帶的線粒體在進(jìn)入卵母細(xì)胞后被稀釋到無(wú)法檢測(cè)的水平或在胚胎內(nèi)被清除。因此，在不發(fā)生突變的前提下，子代的mtDNA應(yīng)與母親完全一致。而當(dāng)突變發(fā)生，無(wú)論是在親代還是子代，都有可能出現(xiàn)胚胎mtDNA的異質(zhì)性。mtDNA位置靠近氧化呼吸鏈的線粒體膜內(nèi)側(cè)、缺乏組蛋白保護(hù)、異質(zhì)性母本的母系遺傳、父系滲漏等均可能成為其異質(zhì)性的誘因。mtDNA異質(zhì)性能夠危害個(gè)體及其后代的健康,而其危害程度取決于突變DNA的百分比。

線粒體遺傳的瓶頸效應(yīng)可以使母本和子代具有不同水平的異質(zhì)性。線粒體遺傳的第一次瓶頸效應(yīng)發(fā)生在減數(shù)分裂，卵母細(xì)胞中只有部分線粒體得以進(jìn)入成熟卵細(xì)胞；第二次在受精后的胚胎發(fā)育中，約1%的mtDNA能夠被選擇性的復(fù)制，其余99%則會(huì)在發(fā)育過(guò)程中逐漸丟失。選擇性的復(fù)制的mtDNA可能是由于位于卵母細(xì)胞核周?chē)⑶以诼涯讣?xì)胞成熟過(guò)程中經(jīng)歷了表觀修飾。

6 線粒體自噬機(jī)制對(duì)胚胎發(fā)育的影響

線粒體自噬是維持線粒體質(zhì)量和調(diào)節(jié)線粒體數(shù)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，溶酶體選擇性地吞噬膜電位降低的受損線粒體。哺乳動(dòng)物線粒體自噬通過(guò)蛋白激酶PINK1(PTEN induced putative kinase 1)/E3泛素連接酶Parkin途徑介導(dǎo)。PINK1和Parkin在損傷的線粒體上累積，促進(jìn)它們與線粒體網(wǎng)絡(luò)的分離，并定向的使其分解。目前發(fā)現(xiàn)的相關(guān)蛋白還包括ATG32、Nix和p62。受精卵中精子線粒體的降解過(guò)程被認(rèn)為包含有線粒體自噬機(jī)制的參與，此外，線粒體的自噬還與能量代謝類(lèi)型的調(diào)節(jié)以及mtDNA復(fù)制的啟動(dòng)相關(guān)。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)重編程過(guò)程中，線粒體自噬作用使代謝方式由OXPHOS變?yōu)镋MP途徑為細(xì)胞供能[33]。自噬機(jī)制對(duì)線粒體各種關(guān)鍵功能的維持具有重要意義，對(duì)于自噬機(jī)制的進(jìn)一步研究也能夠間接促進(jìn)胚胎工程的發(fā)展。

7 前景

對(duì)于線粒體與胚胎的研究仍是當(dāng)今的熱點(diǎn)問(wèn)題,線粒體作用的揭示有助于明確胚胎發(fā)育的影響因素，提高胚胎在體內(nèi)、體外發(fā)育的質(zhì)量。目前已經(jīng)有通過(guò)線粒體移植技術(shù)(MRT)提高胚胎質(zhì)量的方法出現(xiàn)，其來(lái)源主要有卵母細(xì)胞、顆粒細(xì)胞、iPSCs、極體等，其效果有待觀察。有學(xué)者提出線粒體移植前需進(jìn)行細(xì)胞核與線粒體基因的配型，檢測(cè)基因組相容性，以達(dá)到正常的核質(zhì)互作。

另外，觀測(cè)mtDNA不同時(shí)期的閾值、線粒體網(wǎng)動(dòng)態(tài)的融合與分裂造成的線粒體數(shù)量及分布變化、線粒體基因的表達(dá)以及呼吸功能的變化也有助于輔助生殖的發(fā)展，如篩選具有較高發(fā)育潛能的胚胎，選定更適合的培養(yǎng)及貯存方法等，但應(yīng)用過(guò)程中必須考慮到種屬特異性，不同物種間胚胎線粒體演變的共性與差異仍有待進(jìn)一步探究。