喬杰院士團隊發(fā)表人體外成熟卵母細胞單細胞測序成果

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來源：轉(zhuǎn)載

2018-03-06

卵母細胞體外成熟是輔助生殖領域已開展近30年的一項重要技術，在預防卵巢過度刺激綜合征，保存女性生育力，拓展輔助生殖技術應用領域等展現(xiàn)出巨大的應用價值。

在嚙齒類及家畜等動物中，卵母細胞經(jīng)過體外成熟后，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)，體外成熟卵母細胞發(fā)育潛能較差，形成胚胎的流產(chǎn)率相對較高，且尚無公認的有效改善措施。此前有多項研究揭示小鼠卵母細胞成熟過程中的關鍵分子，然而對人類卵母細胞成熟過程中的分子表達特征尚不明確。

2月27日，北京大學第三醫(yī)院喬杰院士團隊的李蓉教授、于洋副研究員與廣州醫(yī)科大學附屬第三醫(yī)院范勇教授，昆明理工大學譚韜副教授團隊合作，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)影響人卵母細胞成熟及發(fā)育潛能的關鍵分子及其作用機制。

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

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

篩選與人體外成熟卵母細胞發(fā)育潛能相關的靶標分子

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，導致線粒體功能不足。同時發(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胞中濃度降低，再次提供證據(jù)表明體外成熟卵母細胞線粒體功能及能量代謝異常。

然而，為維持發(fā)育的進行，卵母細胞在鈣離子攝入障礙的情況下，內(nèi)源鈣離子釋放，實現(xiàn)鈣離子濃度代償。同時，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，促進體內(nèi)NADH與NADP+的生成。一方面NADH可以提供額外的能量供卵母細胞成熟發(fā)育，緩解線粒體功能失調(diào)導致的NADH生成減弱，維持其細胞質(zhì)的生物學功能；另外一方面，NADP+的生成上調(diào)DPYD表達，對體外成熟卵母細胞中出現(xiàn)的異常DNA雙鏈斷裂進行修復，維持其細胞核的生物學功能。

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

據(jù)悉，北京大學第三醫(yī)院2011級博士生趙紅翠為本文的第一作者，2017級博士生李天杰，趙越副研究員，昆明理工大學譚韜副教授為本文共同第一作者，北京大學第三醫(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)科大學附屬第三醫(yī)院的范勇教授為共同通訊作者。

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