在哺乳动物胚胎体外培养的历程中，培养基的组成是决定发育成败的关键。从克服“二细胞阻滞”到支持高质量囊胚形成，KSOM（Potassium Simplex Optimized Medium） 家族的演进代表了该领域的重大突破。

一、 破局之初：KSOM的诞生与核心优势

在KSOM问世之前，小鼠胚胎体外培养常受困于“二细胞阻滞”，早期培养基（如M16）较高的钠离子和葡萄糖浓度可能对胚胎造成代谢压力。KSOM的诞生源于“单纯形优化（Simplex Optimization）”策略。J. David Biggers ^[1]让胚胎自身筛选最适配方，成功开发出SOM培养基。随后，基于对胚胎细胞内离子浓度的测量，团队在SOM中增加了钾离子（K⁺, 2.5 mM）和钠离子（Na⁺, 95 mM）的浓度，形成KSOM培养基。

图1. 哈佛医学、牙科和公共卫生学院出版的《焦点》杂志上题为“受精卵的饮食“的采访，文章发表于1994年4月15日，描述了约翰在单纯形优化方面的工作^[2]。

与传统培养基相比，KSOM的核心优势在于其“低钠高钾”的生理化离子组成。这种配方能更好地维持细胞内钠钾平衡，促进蛋白质合成与RNA稳定性，从而有效克服二细胞阻滞，显著提高从受精卵到囊胚的发育率。它标志着第一个真正为小鼠早期胚胎“量身定制”的化学成分明确培养基的诞生。

二、 质的飞跃：KSOM/AA的诞生与全面超越

尽管KSOM已表现出色，但科学家发现，囊胚形成伴随的蛋白质合成爆发和囊胚腔流体转运，亟需氨基酸的支持。1995年，Ho, Yugong等人^[3]的研究证实，在KSOM基础上添加必需与非必需氨基酸（形成KSOM/AA），带来了全方位的提升。

与KSOM（无AA）相比，KSOM/AA的优越性体现在多个维度：

在发育形态上，KSOM/AA不仅继承了基础款支持良好囊胚发育的能力，更显著提升了囊胚的形成速率与孵化比例，这表明氨基酸为胚胎在关键发育节点提供了额外动力，并增强了其着床潜力。

图2. KSOM或KSOM/AA中胚胎的发育率^[3]。

在细胞水平上，最直观的进步体现在囊胚总细胞数的显著增加。这意味着在KSOM/AA中形成的胚胎具备更强的增殖能力和发育潜能。

图3. 在KSOM或KSOM/AA中发育后每个囊胚的细胞总数^[3]。

在分子层面，KSOM/AA带来了更深层次的优化。通过逆转录PCR分析发现，在其中发育的胚胎，其多个关键基因（如代谢、转录调控、生长因子等相关mRNA）的表达水平与体内发育的胚胎无显著差异。这表明，氨基酸的加入不仅提供了营养，更从根源上支持了胚胎建立更接近自然的基因调控网络。

图4. 在KSOM/AA或Whitten培养基中发育的胚胎中特异性mRNA的相对丰度与体内发育的胚胎中的丰度的比较。黑色：KSOM/AA；白色：Whitten培养基^[3]。

综上所述，KSOM/AA实现了从支持胚胎“存活”到保障胚胎“高质量”发育的质的飞跃，从而奠定了其作为小鼠胚胎培养“黄金标准” 的地位。

三、 持续演进：KSOM家族的优化与启示

KSOM的成功并非终点。为了满足不同需求，其家族不断衍生优化：

· mKSOM（modified KSOM ）：mKSOM-R ^[4]。

· 稳定性优化：采用甘氨酰-L-谷氨酰胺二肽替代不稳定的L-谷氨酰胺，减少氨毒性，进一步提高内细胞团（ICM）比例和胚胎质量^[1]。

此外，基于KSOM/AA的研究挑战了传统培养理念。大量证据表明，使用KSOM/AA进行的单步培养，效果不逊于甚至优于需要更换液体的两步序贯培养，这为简化人类辅助生殖技术操作流程提供了科学依据。

四、 总结：从KSOM到KSOM/AA，是胚胎培养理念的升级

KSOM家族的演进，体现了从“支持胚胎存活”到“保障胚胎高质量发育”的深刻转变。

· KSOM 的核心贡献在于通过生理化离子组成，为胚胎早期发育扫清了障碍（二细胞阻滞），奠定了坚实的基础。

· KSOM/AA 则在KSOM的基础上，通过精准的营养支持（氨基酸），实现了对胚胎发育速度、细胞数量、基因表达及后续潜能的全面优化。

因此，KSOM/AA不仅继承了KSOM的基石优势，更通过氨基酸的协同作用，实现了胚胎体外培养效果的终极目标——更接近体内发育状态。如今，它不仅是实验室研究小鼠胚胎的利器，其设计哲学与成功经验，也为人类辅助生殖技术的培养基优化提供了宝贵的参考。

关键词：KSOM、KSOM/AA、胚胎培养、氨基酸、囊胚、基因表达

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参考文献

1. [1] Lawitts JA, Biggers JD. Optimization of mouse embryo culture media using simplex methods. J Reprod Fertil. 1991 Mar;91(2):543-56. doi: 10.1530/jrf.0.0910543. PMID: 2013878.
2. [2] Summers MC. A brief history of the development of the KSOM family of media. Hum Fertil (Camb). 2014 Jun;17 Suppl 1:12-6. doi: 10.3109/14647273.2014.919185. PMID: 24939347.
3. [3] Ho Y, Wigglesworth K, Eppig JJ, Schultz RM. Preimplantation development of mouse embryos in KSOM: augmentation by amino acids and analysis of gene expression. Mol Reprod Dev. 1995 Jun;41(2):232-8. doi: 10.1002/mrd.1080410214. PMID: 7654376.
4. [4]Men H, Amos-Landgraf JM, Bryda EC, Franklin CL. KSOM-R supports both mouse and rat preimplantation embryo development in vitro. Theriogenology. 2023 Mar 1;198:69-74. doi: 10.1016/j.theriogenology.2022.12.024. Epub 2022 Dec 17. PMID: 36563630; PMCID: PMC9870949.