Autophagy︱苗义良团队发现卵母细胞成熟质量调控的新机制
撰文︱何海楠
责编︱王思珍
现代社会，人类面临着平均寿命的提高却迈不过生殖衰老这个巨大鸿沟的阻碍。伴随着生殖衰老，卵母细胞质量的下降是导致产妇流产、胚胎致死和后代先天性缺陷急剧增加的主要原因[1,2]。同样，卵母细胞体外成熟障碍也是限制农业动物繁殖应用的主要因素[3]。颗粒细胞自噬是一种细胞和内稳态调控机制，有助于维持原始卵泡的数量以及抗击卵巢衰老[4,5]，但其对卵母细胞成熟的调控机制尚未可知。卵子的体内成熟是一个复杂而严格的生理过程，受多细胞调控的影响使其不能在体外充分模拟，致使颗粒细胞对卵子成熟在能量代谢方面的对话机制研究仍处在“黑匣子”状态。因此，揭示卵母细胞成熟过程中的能量代谢机制已成为提高卵母细胞成熟质量和随后胚胎发育的关键任务。
2022年4月11日，华中农业大学动物科技学院的苗义良课题组在Autophagy上发表了题为“Selective autophagic degradation of ACLY (ATP citrate lyase) maintains citrate homeostasis and promotes oocyte maturation”的研究论文，揭示了颗粒细胞的选择性自噬对卵母细胞成熟的调控机制，并明确了柠檬酸水平可以作为指示卵母细胞成熟质量的“风向标”；基于颗粒细胞-卵母细胞共培养体系，该研究发现颗粒细胞自噬缺陷诱导的卵子质量的下调，可以通过柠檬酸的补充而得到恢复。
在该研究中，研究人员首次发现伴随年龄的增长，人类卵巢颗粒细胞的自噬水平显著下调。为进一步研究颗粒细胞自噬的下调对卵母细胞成熟的影响，该团队利用了颗粒细胞-卵母细胞共培养模型，在颗粒细胞中通过对自噬的药理学和遗传学抑制（图1），发现颗粒细胞自噬水平的下调会抑制卵母细胞的成熟质量和受精能力。
图1 颗粒细胞-卵母细胞共培养模型及自噬抑制的验证
（图源：Hainan He,et al., Autophagy, 2022)
此外，通过对培养液的代谢组学分析，研究人员发现颗粒细胞自噬损伤对卵母细胞成熟质量的不利影响是由柠檬酸不足引发的，外源补充柠檬酸盐可显著恢复卵母细胞的成熟质量。为了找到柠檬酸不足的靶点，该课题组进行了蛋白免疫共沉淀实验，并将ACLY（ATP柠檬酸裂解酶）锁定为重要的候选分子。通过进一步探索证实SQSTM1/p62通过其泛素结合位点（UBA）与ACLY相互结合，促使ACLY的自噬性降解。对人类卵泡的进一步分析，研究人员发现伴随着母体衰老，颗粒细胞的自噬水平显著下调，卵泡液中柠檬酸盐浓度也显著降低。此外，猪卵泡液中的柠檬酸盐浓度也可以正向指示卵母细胞的成熟质量（图2）。
图2 ACLY的选择性自噬降解以维持柠檬酸稳态进而促进卵子成熟
（图源：Hainan He,et al., Autophagy, 2022)
本研究提供的颗粒细胞-卵母细胞共培养系统和仅含有5.6 mM葡萄糖的卵母细胞成熟培养基，可以排除其他能量代谢物的影响。然而，在体内卵母细胞和卵丘细胞在代谢上是相互依赖的，因此卵丘-卵母细胞复合体的代谢研究仍然存在重大挑战。与体内模型相比，我们的共培养系统更具特异性，可以更好地研究颗粒细胞与卵母细胞成熟之间的葡萄糖代谢。
总之，本研究系统地揭示了颗粒细胞自噬在卵母细胞成熟过程中通过靶向ACLY的降解来维持柠檬酸浓度的有益机制，不仅拓展了研究人员对选择性自噬参与生物学过程的认知，同时也为研究高龄产妇和家畜卵母细胞成熟过程中的能量调控机制提供了理论依据，为临床开发延缓卵巢衰老提升高龄女性生育力提供了新思路。
原文链接：https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2022.2063005
华中农业大学动物科技学院博士生何海楠和黄石市中心医院王军玲主任为论文的共同第一作者，苗义良教授和周吉隆副研究员为论文通讯作者。本研究受到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的资助。
何海楠（左），周吉隆（中），苗义良（右）。
（照片提供自：华中农业大学苗义良实验室）
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制版︱王思珍
本文完