研究背景

在生命最初的旅程中，一顆受精卵需要經歷復雜而精密的細胞分裂與分化，才能最終成功著床并發育為健康的胚胎。然而，不少胚胎在體外培養過程中會停滯在早期階段，這成為輔助生殖技術（ART）中一大難題。

研究內容

2025年6月，山東大學生殖醫學團隊吳克良教授和劉博洋研究員作為共同通訊作者，在國際知名期刊《Molecular Therapy: Nucleic Acids》上發表重要研究成果。該團隊將目光投向了代謝調控這一關鍵環節，重點關注絲氨酸羥甲基轉移酶2（SHMT2）在胚胎早期發育中的作用。SHMT2是葉酸代謝通路中的關鍵酶，負責催化dTTP的合成，而dTTP是DNA復制不可或缺的原料。研究發現，抑制SHMT2活性會導致dTTP嚴重匱乏，進而引發DNA復制應激、氧化應激（ROS水平顯著升高）及紡錘體異常，最終導致胚胎發育停滯于原核階段。這一發現揭示了胚胎早期發育停滯的新機制，為生殖醫學研究提供了重要理論基礎。活性氧（ROS）通過在線粒體中持續生成和清除來維持氧化還原平衡。當ROS過度生成時會大量蓄積，從而引發氧化應激——這種現象已被證實是損害發育能力的主要因素之一。在本研究中，采用配備納微米光探頭的實時單細胞多功能分析儀和產生綠色熒光的ROS檢測試劑盒（DCFH-DA)實現了單個活體受精卵的ROS水平分析，為理解發育阻滯提供了至關重要的直接證據。研究表明SHMT2抑制組胚胎的ROS水平在受精卵階段明顯高于對照組（圖1E和F)，證明SHMT2抑制會誘發氧化應激反應。

研究結果

圖1. SHMT2抑制誘導的DNA復制應激

(A)免疫熒光圖像顯示了對照組和SHMT-IN-2處理組胚胎中α-微管蛋白染色的紡錘體形態及染色體排列情況。(B)對照組和SHMT-IN-2處理組胚胎中異常紡錘體的定量分析。(C)免疫熒光圖像顯示γ-H2AX染色在對照組和SHMT-IN-2處理組胚胎中的DNA復制應激。(D)對照組與SHMT-IN-2處理組胚胎中γ-H2AX相對表達量的定量分析。(E)展示對照組與SHMT-IN-2處理組受精卵的代表性圖像，圖中綠色熒光像素強度表示ROS水平。(F)通過光學納米探針對照組（n=12）與SHMT-IN-2處理組（n=12）受精卵的相對活性氧水平（光子計數）檢測結果。

實時單細胞多功能分析儀

產品功能1、實時單細胞多指標檢測：實時檢測單個活細胞內小分子含量（如葡萄糖、乳酸、ATP、膽固醇、Ca2+、K+等）及酶活性（葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脫氫酶等），可匹配160余種商品化試劑盒；2、實時亞細胞原位檢測：在亞細胞水平（胞質、胞核、胞膜）實現原位、實時、連續檢測；3、超微量提取、注射：單細胞水平提取細胞器（如溶酶體、線粒體）、胞質進行質譜或其它平臺的聯用分析；單細胞注射藥物、代謝劑等，并進行藥效或機制評價；4、活體水平檢測：活體水平實時檢測生化指標（用藥前后、中醫藥針灸刺激前后）的變化。

參考文獻：Shi M, Huai Y, Deng T, Zhang C, Song J, Wang J, Zhang Y, Chen ZJ, Zhao H, Wu K, Liu B. SHMT2 is essential for mammalian preimplantation embryonic development through de novo biosynthesis of nucleotide metabolites. Mol Ther Nucleic Acids. 2025 Mar 5;36(2):102499. doi: 10.1016/j.omtn.2025.102499.