冷凍保護(hù)是保護(hù)食品生物技術(shù)中遺傳資源的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，尤其是在可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖中，長(zhǎng)期保存魚(yú)類配子和生殖組織對(duì)于全球糧食安全至關(guān)重要（Kang等人，2024；Muchlisin等人，2020）。這一目標(biāo)與當(dāng)前強(qiáng)調(diào)在更廣泛的輔助生殖技術(shù)中保持生殖生物材料安全性和功能性的框架相一致（Yang等人，2025）。盡管二甲基亞砜（DMSO）被廣泛用作從人類細(xì)胞系到水生種質(zhì)的冷凍保護(hù)劑，但它存在固有的局限性，包括劑量依賴性的細(xì)胞毒性、表觀遺傳改變和不良的臨床反應(yīng)（Ding等人，2024；Hoyberghs等人，2021；Muchlisin等人，2020；Van Velthoven等人，2021；Westphal等人，2017）。目前無(wú)DMSO的冷凍保護(hù)策略在工業(yè)應(yīng)用方面面臨重大障礙，主要是由于專門技術(shù)（如微流控海藻糖系統(tǒng)和靜態(tài)磁場(chǎng)發(fā)生器）的資本成本過(guò)高，以及這些技術(shù)在處理大規(guī)模種質(zhì)庫(kù)時(shí)的可擴(kuò)展性有限（Modaresi等人，2024；Ziani等人，2025）。這些未解決的局限性凸顯了迫切需要更經(jīng)濟(jì)且可行的冷凍保護(hù)劑，以確保在遺傳資源保存過(guò)程中同時(shí)保持細(xì)胞活力和生物技術(shù)效用。

這些挑戰(zhàn)需要從機(jī)制上深入了解有效的冷凍保護(hù)劑。對(duì)冷凍損傷的基本理解表明，冷凍會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵細(xì)胞器（包括膜、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）的結(jié)構(gòu)損傷，同時(shí)破壞能量代謝和氧化還原平衡（Cao等人，2022；Liu等人，2021；Mélanie等人，2020）。在魚(yú)類和哺乳動(dòng)物模型中的研究表明，冷凍保護(hù)和DMSO暴露會(huì)顯著降低精子和卵細(xì)胞的不飽和脂肪酸含量，而這些脂肪酸對(duì)于維持細(xì)胞膜的流動(dòng)性至關(guān)重要（Beirao等人，2012；Kim等人，2001；Marques等人，2018）。我們對(duì)DMSO冷凍保護(hù)組織的代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，膜脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)是一個(gè)關(guān)鍵干預(yù)目標(biāo)，因?yàn)槔鋬霰Ｗo(hù)組織中特定地耗盡了二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸（圖S1）。基于這種獨(dú)特的脂質(zhì)組特征，我們假設(shè)在DMSO基冷凍保護(hù)介質(zhì)中添加富含這些特定脂質(zhì)的魚(yú)油可以協(xié)同作用，減輕溶劑介導(dǎo)的膜提取并恢復(fù)雙層膜的流動(dòng)性（Costa等人，2018；Halluin等人，2024）。這一策略旨在克服純化單一脂肪酸補(bǔ)充劑通常存在的穩(wěn)定性問(wèn)題，通過(guò)提供一種復(fù)雜的、食品級(jí)的脂質(zhì)基質(zhì)來(lái)更接近模擬自然生理環(huán)境。然而，最近的研究指出，在PUFA補(bǔ)充策略中存在一個(gè)關(guān)鍵悖論：低劑量配方通過(guò)調(diào)節(jié)膜流動(dòng)性有效增強(qiáng)冷凍保護(hù)，而高濃度則經(jīng)常通過(guò)雙烯丙基氫介導(dǎo)的脂質(zhì)過(guò)氧化加劇細(xì)胞損傷（Bozkurt & Yavas，2021；Losano等人，2018）。此外，外源性PUFA補(bǔ)充的效果可能受到內(nèi)源性細(xì)胞脂質(zhì)組特性的影響。據(jù)推測(cè)，基礎(chǔ)飽和脂肪酸含量高的細(xì)胞從PUFA的插入中獲益更多，這能有效緩解相變并在低溫條件下保持膜流動(dòng)性（Vazquez & Roldan，1997）。相反，天然PUFA水平高的細(xì)胞可能更快達(dá)到脂質(zhì)飽和閾值，此時(shí)額外補(bǔ)充反而會(huì)通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化增加氧化應(yīng)激的敏感性。這種二分法強(qiáng)調(diào)了精確調(diào)節(jié)濃度以平衡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和氧化風(fēng)險(xiǎn)的必要性。

魚(yú)類卵巢組織是水生食品生物材料的關(guān)鍵代表模型，因?yàn)樗�含有�?duì)可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖和全球糧食安全至關(guān)重要的生殖干細(xì)胞。此外，早期卵巢細(xì)胞獨(dú)特的富含脂質(zhì)的膜結(jié)構(gòu)為評(píng)估基于脂質(zhì)的冷凍保護(hù)劑提供了嚴(yán)格的生理環(huán)境，而其形態(tài)上的均勻性（不同于不規(guī)則的體細(xì)胞組織）有助于可重復(fù)地量化冷凍損傷機(jī)制（Qin等人，2025）。我們對(duì)六種具有商業(yè)價(jià)值的魚(yú)類的全面評(píng)估表明，魚(yú)油補(bǔ)充有效解決了純化PUFA所固有的濃度和物種依賴性限制。魚(yú)油一致提高了冷凍-解凍后卵巢細(xì)胞的存活率（圖S2），而純化的EPA/DHA的效果則因內(nèi)源性脂肪酸組成而異。這種廣泛的冷凍保護(hù)作用源于其協(xié)同的物理化學(xué)性質(zhì)，表現(xiàn)為通過(guò)微乳液實(shí)現(xiàn)高效的膜整合以及高密度不飽和脂肪酸在冷凍保護(hù)介質(zhì)平衡過(guò)程中的快速膜整合（Hashimoto等人，1999；Joardar & Chakraborty，2023；Onuki等人，2006）。由此產(chǎn)生的膜重構(gòu)可能緩解了核心的冷凍損傷機(jī)制，包括膽固醇-磷脂比例的扭曲、冰核誘導(dǎo)的相變和細(xì)胞脫水的障礙（Chang & Zhao，2021；Giraud等人，2000），同時(shí)確保整個(gè)細(xì)胞質(zhì)的一致保護(hù)（Villalobos等人，2025）。實(shí)證證據(jù)驗(yàn)證了這種以膜為中心的保護(hù)作用在各種生物系統(tǒng)中的有效性，從膳食魚(yú)油增強(qiáng)Prochilodus lineatus胚胎的膜靈活性（Costa等人，2018）到直接富集PUFA以保持冷凍保存的哺乳動(dòng)物精子的膜流動(dòng)性（Souza等人，2021；Silva等人，2017）。盡管微量抗氧化劑可能提供輔助穩(wěn)定作用，但PUFA介導(dǎo)的膜強(qiáng)化是主要機(jī)制，氧化風(fēng)險(xiǎn)通過(guò)濃度優(yōu)化得到控制（Zhu等人，2025）。然而，關(guān)于魚(yú)油在冷凍-解凍循環(huán)過(guò)程中介導(dǎo)的膜穩(wěn)定的精確時(shí)空動(dòng)態(tài)仍不夠清楚，特別是在實(shí)時(shí)保護(hù)細(xì)胞器超結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)低溫應(yīng)力下的氧化級(jí)聯(lián)以及冷凍保存生物材料的長(zhǎng)期功能保留方面。闡明這些機(jī)制對(duì)于確立食品級(jí)魚(yú)油作為標(biāo)準(zhǔn)化冷凍保護(hù)劑至關(guān)重要。

本研究探討了魚(yú)油介導(dǎo)的冷凍保護(hù)機(jī)制，重點(diǎn)關(guān)注其在冷凍應(yīng)力下保護(hù)細(xì)胞器超微結(jié)構(gòu)完整性、調(diào)節(jié)冷凍-解凍過(guò)程中的氧化級(jí)聯(lián)以及維持冷凍保存系統(tǒng)中細(xì)胞功能的能力。使用添加了食品級(jí)魚(yú)油的冷凍保護(hù)介質(zhì)對(duì)Schizothorax prenanti的卵巢組織進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估。采用透射電子顯微鏡進(jìn)行膜和線粒體結(jié)構(gòu)的納米級(jí)分析，通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化標(biāo)志物和抗氧化酶活性定量評(píng)估氧化穩(wěn)態(tài)，并通過(guò)細(xì)胞增殖和異種移植等實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其功能。這些研究證實(shí)魚(yú)油是一種經(jīng)濟(jì)且食品安全的冷凍保護(hù)劑，能夠?qū)崿F(xiàn)功能性食品生物材料的可擴(kuò)展保存。這些進(jìn)展支持通過(guò)改進(jìn)的生物庫(kù)技術(shù)生產(chǎn)高價(jià)值食品活性成分和下一代食品安全計(jì)劃，以利用海洋來(lái)源的生物材料。