近年来,镉的毒性研究一直受到人们的广泛关注。机体摄入过量的镉可以引起多种器官和组织细胞的损伤,除主要危害肝脏、肾脏和骨骼外,对生殖系统也会造成损伤,例如危害精子的发生,改变卵巢的形态结构,抑制卵泡的生长与发育等。但是,环境镉暴露对卵母细胞以及后代的危害尚不完全清楚。饮用含镉量过高的水是机体摄入过量镉的一种主要方式。本研究以ICR小鼠连续35天自由饮用含镉水(64mg/L的CdCl2·2.5H2O)复制动物模型,研究镉对小鼠卵母细胞成熟以及早期胚胎发育的影响。1.镉对小鼠卵母细胞成熟的影响为了消除自来水中镉的影响,对照组雌鼠饮用Milli-Q超纯水,实验组雌鼠饮用Milli-Q水配置的含镉水。通过超数排卵实验,检测卵泡的发育和成熟,体内和体外实验检测卵母细胞的成熟情况,应用免疫荧光方法检测卵母细胞成熟过程中染色体、纺锤体、肌动蛋白帽、线粒体的形态和功能,并检测卵母细胞内ATP含量的变化;通过检测卵母细胞内组蛋白H3K9甲基化和H4K12乙酰化水平来反应镉对表观遗传修饰的影响。结果表明,镉处理导致雌性小鼠超排后卵母细胞数量的显著减少(p<0.05);体内和体外实验均表明,镉处理后卵母细胞生发泡破裂(GVBD)无变化,但是大部分卵母细胞停滞在第一次减数分裂中期(MⅠ期),与对照组相比,成熟卵母细胞(MⅡ)所占比例显著下降,说明镉处理不会抑制卵母细胞减数分裂的恢复,但干扰了第一次减数分裂的正常完成。免疫荧光显示,镉处理导致MⅡ期卵母细胞染色体、纺锤体和细胞极性的异常,镉处理后MⅡ期卵母细胞的染色体并未整齐排列,纺锤体形态没有呈现典型的梭形,同时Actin cap出现丢失,说明镉处理导致MⅡ期卵母细胞的质量出现下降。进一步检测了线粒体的数量和功能,结果表明,镉处理导致MⅡ期卵母细胞中线粒体数目出现显著下降,虽然线粒体功能得到了增强,但却未能挽救ATP含量的下降。组蛋白修饰的检测结果显示,镉处理显著增强了 MⅡ期卵母细胞H3K9的甲基化水平和H4K12的乙酰化水平。通过孤雌激活实验来观察镉对卵母细胞第二次减数分裂的影响,结果显示,虽然镉处理延缓了第二极体的排出和原核的形成,但并未改变最终形成原核的数目,说明镉处理并未显著影响第二次减数分裂的最终完成。2.镉对小鼠早期胚胎发育的影响将镉处理的雌鼠与正常雄鼠交配后,采集受精卵进行体外培养,以观察镉对早期胚胎发育的影响;结果显示,镉处理显著降低了同一时期4细胞胚胎和囊胚的发育率。在进一步的实验中,采集镉处理雌鼠的卵母细胞进行体外受精,与对照组相比,囊胚发育率同样下降。这说明镉处理降低了成熟卵母细胞的质量,并进一步影响了其受精后早期胚胎的正常发育。综上所述,饮水型慢性镉中毒不仅会降低雌性小鼠卵母细胞排卵率,而且通过影响减数分裂进程、线粒体功能和组蛋白修饰来降低卵母细胞的质量,并最终导致胚胎发育能力的下降。