在啮齿类及家畜等动物中卵母细胞经过体外成熟后依然可以保持较高的发育潜能但是人类辅助生殖临床中发现体外成熟卵母细胞发育潜能较差形成胚胎的流产率相对较高且尚无公认的有效改善措施。此有多项研究揭示小鼠卵母细胞成熟过程中的关键分子然而对人类卵母细胞成熟过程中的分子表达特征尚不明确。
北京大学三医院乔杰院士团队的李蓉教授、于洋副研究员与广州医科大学附属三医院范勇教授昆明理工大学谭韬副教授团队合作在a &; r s杂志在线发表题为“s- : - ”的研究成果揭示了体外培养影响人卵母细胞成熟及发育潜能的关键分子及其作用机制。
在该研究中研究者在伦理委员会指导下通过来自于名女性捐赠的枚卵母细胞每名女性捐赠枚成熟与枚不成熟卵母细胞利用单细胞转录组测序技术从整体水平上对体外成熟卵母细胞中的rna表达特征进行了阐述并利用小鼠模型、干细胞模型、人类样本等从基因、亚细胞结构、细胞发育等不同层面系统揭示了代谢通路关键分子acathadha-dpyd在维持卵母细胞发育潜能方面扮演重要的角色。
首先研究者利用高通量测序与生物信息学分析手段明确代谢通路的改变是体外成熟卵母细胞与体内成熟卵母细胞的最典型差异。进而通过多种筛选手段包括与不同质量的体内成熟卵母细胞比较、物种间比较等明确三种与辅酶a相关的酶编码基因acat、hadha、dpyd是潜在影响体外成熟卵母细胞发育潜能的靶标分子下图。
筛选与人体外成熟卵母细胞发育潜能相关的靶标分子
其中acat和hadha协同调控三羧酸循环的底物乙酰辅酶a与琥珀酸的生成间接影响三羧酸循环的效率导致线粒体功能不足。同时发现三羧酸循环酶类的激活剂钙离子在体外成熟卵母细胞中浓度降低再次提供证据表明体外成熟卵母细胞线粒体功能及能量代谢异常。
然而为维持发育的进行卵母细胞在钙离子摄入障碍的情况下内源钙离子释放实现钙离子浓度代偿。同时烟酰胺腺嘌呤二核苷酸转氢酶nnt编码基因上千倍上调表达促进体内nadh与nadp+的生成。一方面nadh可以提供额外的能量供卵母细胞成熟发育缓解线粒体功能失调导致的nadh生成减弱维持其细胞质的生物学功能；另外一方面nadp+的生成上调dpyd表达对体外成熟卵母细胞中出现的异常dna双链断裂进行修复维持其细胞核的生物学功能。
综上所述研究者首次利用严格的对照排除不同人群遗传的潜在影响从组学筛选到靶标分子的生物学功能鉴定的系列实验中明确人体外成熟卵母细胞从受损到功能代偿的分子机制。研究在提示辅助生殖技术每一步操作都潜在对生殖细胞产生影响的同时也为辅助生殖技术的持续优化提供了理论基础。
据悉北京大学三医院级博士生赵红翠为本文的一作者级博士生李天杰赵越副研究员昆明理工大学谭韬副教授为本文共同一作者北京大学三医院李蓉教授为该论文的通作者于洋副研究员广州医科大学附属三医院的范勇教授为共同通作者。