卵母細(xì)胞質(zhì)量下降是老年哺乳動物雌性生育能力下降的主要原因。目前尚無有效干預(yù)措施改善這一現(xiàn)象。近期，南京大學(xué)團(tuán)隊使用云克隆產(chǎn)品（CEA461Ge/CEA830Mu）在《Nature Aging》上發(fā)表的題為“Mevalonate metabolites boost aged oocyte quality through prenylation of small GTPases”的研究揭示了卵母細(xì)胞質(zhì)量下降的機(jī)制，并提出了有效的解決途徑。研究表明，老年小鼠卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白減少，甲羥戊酸（MVA）途徑代謝物MVA、法尼基焦磷酸（FPP）和香葉基香葉基焦磷酸（GGPP）水平降低，而補(bǔ)充MVA可有效改善這一現(xiàn)狀，為提高雌性生育能力提供了治療途徑。

皮質(zhì)F-肌動蛋白影響卵母細(xì)胞收縮、細(xì)胞質(zhì)組織和發(fā)育潛力，其異常組裝會導(dǎo)致非整倍體和卵母細(xì)胞質(zhì)量下降。為了探究卵巢衰老過程中皮質(zhì)F-肌動蛋白的變化，研究者們對年輕和年老小鼠卵丘-卵母細(xì)胞復(fù)合體（COC）中處于減數(shù)分裂I期中期（MI）的卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白的分布進(jìn)行了檢測。發(fā)現(xiàn)年老卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白的分布明顯少于年輕小鼠卵母細(xì)胞，且影響皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝的Arp3蛋白在老年MI卵母細(xì)胞中的表達(dá)顯著低于年輕卵母細(xì)胞。

研究者后續(xù)又收集了不同年齡雌性小鼠的卵母細(xì)胞，通過靶向代謝組學(xué)法對細(xì)胞中MVA途徑代謝變化進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)衰老卵母細(xì)胞代謝途徑中MVA、FPP和GGPP含量顯著降低。這些結(jié)果表明，在卵巢衰老過程中，卵母細(xì)胞中MVA途徑代謝物的減少似乎與皮質(zhì)F-肌動蛋白的異常組裝有關(guān)。

圖1. 衰老卵母細(xì)胞中皮質(zhì)F-肌動蛋白分布減少及MVA途徑代謝物降低

（圖片源自《Nature Aging》）

接下來，他們研究了補(bǔ)充MVA對老化卵母細(xì)胞質(zhì)量的影響。發(fā)現(xiàn)體外給年老COCs補(bǔ)充MVA可促進(jìn)皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝，恢復(fù)Arp3表達(dá)，降低減數(shù)分裂缺陷與非整倍體發(fā)生率，并能增強(qiáng)卵母細(xì)胞胚胎發(fā)育能力。體內(nèi)給老年雌性小鼠注射MVA能有效提升卵泡數(shù)量，雌激素和AMH水平增加，卵母細(xì)胞中非整倍體的頻率顯著降低。且MVA對衰老卵母細(xì)胞的作用是通過周圍的顆粒細(xì)胞（GC）來實現(xiàn)的。綜上表明，補(bǔ)充MVA能有效提升大齡雌鼠的卵巢儲備功能和卵母細(xì)胞質(zhì)量。

圖2. MVA在體內(nèi)外促進(jìn)皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝和老化卵母細(xì)胞質(zhì)量

（圖片源自《Nature Aging》）

為了進(jìn)一步探究MVA補(bǔ)充如何改善老化卵母細(xì)胞的質(zhì)量，研究者對經(jīng)MVA處理和未經(jīng)MVA處理的COCs中的卵母細(xì)胞及其鄰近的GCs進(jìn)行了RNA測序分析。結(jié)果表明，在補(bǔ)充MVA后，GCs中參與MVA合成的FPP基因的表達(dá)量顯著增加，MVA和FPP的代謝物水平也顯著升高，老化COCs中卵母細(xì)胞的蛋白質(zhì)異戊烯化水平也得到了恢復(fù)。因此，補(bǔ)充MVA可激活FPP合成途徑，并提高老化COCs中的蛋白質(zhì)異戊烯化水平。

圖3. MVA激活了衰老顆粒細(xì)胞中的FPP代謝途徑

（圖片源自《Nature Aging》）

為明確MVA對卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝及減數(shù)分裂的影響是否通過顆粒細(xì)胞中FPP介導(dǎo)，研究者們先將年老雌鼠COCs置于含F(xiàn)OH（可分解為FPP）的IVM培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)FOH能促進(jìn)MI期卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝，提高卵裂率，降低減數(shù)分裂缺陷發(fā)生率，效果與MVA類似。接著在含MVA的IVM培養(yǎng)基中加入蛋白異戊烯化抑制劑FTI-277，發(fā)現(xiàn)年老COCs的卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝減少，皮質(zhì)顆粒外排率降低，減數(shù)分裂缺陷發(fā)生率增加。綜上，MVA可激活顆粒細(xì)胞中FPP合成，且FPP從顆粒細(xì)胞細(xì)胞向卵母細(xì)胞轉(zhuǎn)移后，通過異戊烯化改善年老卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝及質(zhì)量。

圖4. MVA通過來自GCs的FPP異戊烯化促進(jìn)皮質(zhì)F-肌動蛋白的組裝

（圖片源自《Nature Aging》）

為探究MVA影響卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝的機(jī)制，研究者利用alk-FOH對KGN細(xì)胞（human granulosa-like tumor cell line，KGN）中的異戊烯化蛋白進(jìn)行了大規(guī)模的譜圖分析。又通過親和富集、LC-MS/MS鑒定和蛋白質(zhì)免疫印跡分析篩選出小GTP蛋白CDC42和RAC1可被異戊烯化且對天然FOH競爭敏感。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MVA可通過異戊烯化促進(jìn)CDC42和RAC1在卵母細(xì)胞皮質(zhì)定位（效果與FOH類似，F(xiàn)TI-277會阻斷）。年老COCs的卵母細(xì)胞中二者無法皮質(zhì)定位，但MVA可使其恢復(fù)，而過表達(dá)二者顯性負(fù)突變體會抑制皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝。機(jī)制上，CDC42通過N-WASP、RAC1通過WAVE2分別激活A(yù)rp2/3復(fù)合物，F(xiàn)OH/MVA能顯著增強(qiáng)年老COCs卵母細(xì)胞中CDC42-N-WASP-Arp2/3與RAC1-WAVE2-Arp2/3復(fù)合物的形成，提升皮質(zhì)Arp3表達(dá)。綜上，F(xiàn)PP介導(dǎo)的CDC42和RAC1異戊烯化，助力二者在卵母細(xì)胞膜定位，進(jìn)而促進(jìn)皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝。

圖5. 異戊烯化增加了CDC42和RAC1在細(xì)胞皮層的定位及F-肌動蛋白的組裝（圖片源自《Nature Aging》）

隨后，研究者們從已獲批和處于臨床前階段的藥物中篩選出了8-IPF（8-isopentenylflavone），并評估了其在提高M(jìn)VK和FPP合成酶FDPS（Farnesyl Diphosphate Synthase，F(xiàn)DPS）表達(dá)以及蛋白質(zhì)異戊烯化水平方面的效果。用8-IPF處理KGN細(xì)胞可顯著提高異戊烯化水平。他們又通過灌胃方式在老年小鼠體內(nèi)研究了8-IPF對卵巢衰老的治療效果。結(jié)果顯示，小鼠卵巢指數(shù)顯著提高，各發(fā)育階段卵泡數(shù)、E2及AMH水平、排卵卵母細(xì)胞數(shù)均增加；MI期卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白染色更強(qiáng)，Arp3表達(dá)恢復(fù)，減數(shù)分裂缺陷與非整倍體發(fā)生率降低，細(xì)胞胚胎和囊胚數(shù)量增多。且與8周齡雄鼠自然交配后，處理組老年雌鼠的妊娠率和產(chǎn)仔數(shù)顯著高于對照組。綜上，8-IPF通過增加衰老卵母細(xì)胞中CDC42和RAC1的異戊烯化及皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝，改善卵巢儲備耗竭與卵母細(xì)胞減數(shù)分裂缺陷，進(jìn)而提升老年雌鼠生育能力。

圖6. 具有異戊烯基側(cè)鏈的化合物8-IPF能促進(jìn)老年卵母細(xì)胞皮質(zhì)F-肌動蛋白的組裝

（圖片源自《Nature Aging》）

總的來說，該研究揭示了卵母細(xì)胞中CDC42和RAC1的異戊烯化減少會影響減數(shù)分裂期皮質(zhì)F-肌動蛋白組裝，進(jìn)而導(dǎo)致老化COCs的卵母細(xì)胞出現(xiàn)減數(shù)分裂缺陷和非整倍體。而補(bǔ)充MVA和8-IPF可從根本上改善這一情況。這一研究為年齡相關(guān)卵母細(xì)胞皮質(zhì)異常和非整倍體的機(jī)制研究提供了見解，并為從臨床上改善生育狀況或延長女性生育年齡提供了方向。

云克隆開發(fā)了上述研究中相關(guān)指標(biāo)產(chǎn)品以助力科學(xué)研究，部分指標(biāo)如下，供您參考：