圖片來源：Current Biology（DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.01.052）
2月22日，這項突破性成果以“Insulin Signaling Regulates Oocyte Quality Maintenance with Age via Cathepsin B Activity”為題發(fā)表在Current Biology雜志上。
領導該研究的分子生物學教授 Coleen T. Murphy說：“衰老最重要的特征之一就是在成年中期喪失生育能力。在35歲左右，女性就開始經(jīng)歷生育能力下降、流產(chǎn)率上升以及與母親年齡相關(guān)的出生缺陷。所有這些問題都被認為是由卵子質(zhì)量下降造成的，而不是卵子缺乏。”
十年前，當Murphy教授回顧有關(guān)衰老和生殖健康的文獻時發(fā)現(xiàn)，研究者們忽視了一個重要的問題，即，如何隨著年齡的增長來維持卵子質(zhì)量。之后，她的團隊便就此展開了研究。
研究對象：線蟲
研究小組長期使用一種微小的線蟲（Caenorhabditis elegans）來研究長壽。這是因為，線蟲與人類有很多相同的基因，包括那些驅(qū)動衰老過程的基因。幾年前，Murphy等發(fā)現(xiàn)，線蟲不僅在生殖方面表現(xiàn)出與人類相似的中年下降（mid-life decline），且隨著年齡的增長，未受精的卵子（卵母細胞）也表現(xiàn)出了與人類卵子相似的質(zhì)量下降。
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關(guān)鍵蛋白：cathepsin B
為了調(diào)查發(fā)生這一現(xiàn)象背后的原因，研究人員重點關(guān)注了健康的年輕卵子與低質(zhì)量的衰老卵子中的基因和蛋白質(zhì)。在這一研究中，他們鑒定出了衰老的線蟲卵母細胞中存在的一種關(guān)鍵蛋白——cathepsin B。而能夠阻斷cathepsin B的藥物為測試它的作用提供了機會。
Murphy教授解釋道：“阻斷cathepsin B會帶來至少3種可能性：1）該蛋白只是卵母細胞的無效標志物，在這種情況下，阻斷它是沒有作用的；2）該蛋白表達的增加是對抗衰老影響的代償機制（compensatory mechanism），在這種情況下，阻斷它的活性會使情況變得更糟；3）該蛋白的表達本身就是導致卵子質(zhì)量下降的部分原因，在這種情況下，阻斷它將有助于減緩與衰老有關(guān)的卵子質(zhì)量衰退。”
喜人結(jié)果：可提高卵子質(zhì)量
研究中，第一部分的實驗證實，用藥物阻斷cathepsin B后，經(jīng)處理的線蟲在對照組線蟲喪失健康卵子很久之后，依然含有健康的卵子。這表明，第三種可能性是正確的。
不過，在以上實驗中，科學家們是在線蟲生殖窗口期開始時（at the beginning of the worms'reproductive window，相當于青春期）使用的藥物，因此，即便藥物有效，對成年女性也沒有幫助。
左圖顯示，線蟲在生殖窗口期開始時（線蟲成年期的第1天）具有健康的、近似方形的未受精的卵子。右圖（上）顯示，未接受治療的線蟲在成年期第7天時攜帶了異常小的、畸形的卵子。右圖（下）顯示，在成年期第7天時，接受了cathepsin B抑制劑處理的線蟲仍然擁有健康的、近似方形的卵子。Credit: Princeton University
Murphy教授說：“我們想要的一種藥物是，女性可以在35歲的時候使用它，讓仍存在的卵母細胞得到保護。這也是我們緊接著要嘗試的事情。”
在接下來的實驗中，論文的共同第一作者Nicole M. Templeman一直等到線蟲生長到生殖窗口期的一半（線蟲成年期的第3天，相當于女性30出頭的時候）才用cathepsin B抑制劑對它們進行了處理。結(jié)果是非常讓人欣喜的，因為再次看到了被處理線蟲和對照組線蟲之間的明顯差異。
研究證實，即便是在后期給藥也能提高線蟲的卵子質(zhì)量。同時，完全敲除cathepsin B基因的另一項實驗也成功使線蟲的生育力擴大了約10%。如果應用于人類，這可能相當于生殖周期延長3-6年。
“看到這樣的結(jié)果，Nicole非?？酥?，但是我跳了起來。” Murphy教授回憶道。
Murphy教授團隊（Credit: Denise Applewhite, Princeton University）
重要意義：延緩生殖能力喪失
事實上，很多人很難相信“微小的線蟲與哺乳動物有任何共同之處”，更別說是人類了。令人高興的是，Murphy教授等還發(fā)現(xiàn)，影響線蟲卵母細胞的cathepsin B在奶牛中也發(fā)揮了同樣的作用。但她也強調(diào)，cathepsin B抑制劑還遠未準備好用于人體測試。
未參與該研究的生物醫(yī)學副教授Sean Curran說：“這是一項非常重要的研究。生殖能力下降是衰老的一種標志，盡管它很普遍，但延緩生殖能力喪失的干預手段一直是缺乏的。Murphy教授及其同事明確鑒定出了一個藥物學靶點，可用于抑制伴隨年齡增長而來的生育能力下降。”
參考資料：
Fertility breakthrough: New research could extend egg health with age
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