喬杰院士團(tuán)隊(duì)發(fā)表人體外成熟卵母細(xì)胞單細(xì)胞測(cè)序成果

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2018-03-06

卵母細(xì)胞體外成熟是輔助生殖領(lǐng)域已開(kāi)展近30年的一項(xiàng)重要技術(shù)，在預(yù)防卵巢過(guò)度刺激綜合征，保存女性生育力，拓展輔助生殖技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域等展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。

在嚙齒類及家畜等動(dòng)物中，卵母細(xì)胞經(jīng)過(guò)體外成熟后，依然可以保持較高的發(fā)育潛能，但是人類輔助生殖臨床中發(fā)現(xiàn)，體外成熟卵母細(xì)胞發(fā)育潛能較差，形成胚胎的流產(chǎn)率相對(duì)較高，且尚無(wú)公認(rèn)的有效改善措施。此前有多項(xiàng)研究揭示小鼠卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中的關(guān)鍵分子，然而對(duì)人類卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中的分子表達(dá)特征尚不明確。

2月27日，北京大學(xué)第三醫(yī)院?jiǎn)探茉菏繄F(tuán)隊(duì)的李蓉教授、于洋副研究員與廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院范勇教授，昆明理工大學(xué)譚韜副教授團(tuán)隊(duì)合作，在Antioxidants & Redox Signaling雜志在線發(fā)表題為“Single-cell transcriptomics of human oocytes: environment-driven metabolic competition and compensatory mechanisms during oocyte maturation”的研究成果，揭示了體外培養(yǎng)影響人卵母細(xì)胞成熟及發(fā)育潛能的關(guān)鍵分子及其作用機(jī)制。

在該研究中，研究者在倫理委員會(huì)指導(dǎo)下，通過(guò)來(lái)自于3名女性捐贈(zèng)的6枚卵母細(xì)胞（每名女性捐贈(zèng)1枚成熟與1枚不成熟卵母細(xì)胞），利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，從整體水平上，對(duì)體外成熟卵母細(xì)胞中的RNA表達(dá)特征進(jìn)行了闡述，并利用小鼠模型、干細(xì)胞模型、人類樣本等，從基因、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞發(fā)育等不同層面，系統(tǒng)揭示了代謝通路關(guān)鍵分子ACAT/HADHA-DPYD在維持卵母細(xì)胞發(fā)育潛能方面扮演重要的角色。

首先，研究者利用高通量測(cè)序與生物信息學(xué)分析手段，明確代謝通路的改變是體外成熟卵母細(xì)胞與體內(nèi)成熟卵母細(xì)胞的最典型差異。進(jìn)而，通過(guò)多種篩選手段，包括與不同質(zhì)量的體內(nèi)成熟卵母細(xì)胞比較、物種間比較等，明確三種與輔酶A相關(guān)的酶編碼基因（ACAT1、HADHA、DPYD）是潛在影響體外成熟卵母細(xì)胞發(fā)育潛能的靶標(biāo)分子（下圖）。

篩選與人體外成熟卵母細(xì)胞發(fā)育潛能相關(guān)的靶標(biāo)分子

其中，ACAT1和HADHA協(xié)同調(diào)控三羧酸循環(huán)的底物乙酰輔酶A與琥珀酸的生成，間接影響三羧酸循環(huán)的效率，導(dǎo)致線粒體功能不足。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，三羧酸循環(huán)酶類的激活劑鈣離子在體外成熟卵母細(xì)胞中濃度降低，再次提供證據(jù)表明體外成熟卵母細(xì)胞線粒體功能及能量代謝異常。

然而，為維持發(fā)育的進(jìn)行，卵母細(xì)胞在鈣離子攝入障礙的情況下，內(nèi)源鈣離子釋放，實(shí)現(xiàn)鈣離子濃度代償。同時(shí)，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸轉(zhuǎn)氫酶（NNT）編碼基因上千倍上調(diào)表達(dá)，促進(jìn)體內(nèi)NADH與NADP+的生成。一方面NADH可以提供額外的能量供卵母細(xì)胞成熟發(fā)育，緩解線粒體功能失調(diào)導(dǎo)致的NADH生成減弱，維持其細(xì)胞質(zhì)的生物學(xué)功能；另外一方面，NADP+的生成上調(diào)DPYD表達(dá)，對(duì)體外成熟卵母細(xì)胞中出現(xiàn)的異常DNA雙鏈斷裂進(jìn)行修復(fù)，維持其細(xì)胞核的生物學(xué)功能。

綜上所述，研究者首次利用嚴(yán)格的對(duì)照，排除不同人群遺傳的潛在影響，從組學(xué)篩選到靶標(biāo)分子的生物學(xué)功能鑒定的系列實(shí)驗(yàn)中，明確人體外成熟卵母細(xì)胞從受損到功能代償?shù)姆肿訖C(jī)制。研究在提示輔助生殖技術(shù)每一步操作都潛在對(duì)生殖細(xì)胞產(chǎn)生影響的同時(shí)，也為輔助生殖技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)。

據(jù)悉，北京大學(xué)第三醫(yī)院2011級(jí)博士生趙紅翠為本文的第一作者，2017級(jí)博士生李天杰，趙越副研究員，昆明理工大學(xué)譚韜副教授為本文共同第一作者，北京大學(xué)第三醫(yī)院李蓉教授為該論文的通訊作者，于洋副研究員，廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院的范勇教授為共同通訊作者。

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