朝军团队揭示酮体通过调节生命早期卵巢储备来决定女性的生殖寿命

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朝军团队揭示酮体通过调节生命早期卵巢储备来决定女性的生殖寿命
发布日期:2022-08-23 07:15    点击次数:91

针对目前的人口形势,国家出台了 “三胎政策”鼓励生育。然而,现实问题是符合多胎条件的育龄妇女约47.7%年龄在35岁以上,属于高龄产妇【1】。与年轻女性相比,高龄女性卵巢储备下降,卵子质量降低,更易出现不孕等风险。女性的生育年龄和生育质量取决于原始卵泡库的大小和卵子质量【2】。原始卵泡库的大小在出生时即已确定。随着生育年龄的增长,原始卵泡被不断激活和耗竭,直至绝经 (平均年龄51岁)【3】。原始卵泡库的提前耗竭和卵子质量下降 (卵巢早衰,Premature ovarian ageing,POA) 是高龄女性不孕症的主要原因【4】。

“健康与疾病的发育起源”的多哈理论 (DOHaD Paradigm) 强调:除了遗传和环境因素,生命在发育过程的早期(包括胎儿和婴幼儿时期)经历的不利因素(如营养或环境不良等),会增加其成年后罹患肥胖、糖尿病、心血管疾病等慢性疾病的几率,这种影响甚至会持续好几代人。有关荷兰大饥荒的研究发现,出生前的饥荒暴露对男性和女性后代的生育行为没有影响,然而会导致女性的绝经提前;而在出生后儿童时期的饥荒暴露则会导致其生殖功能改变、绝经提前、乳腺癌高发等现象【5,6】,这些功能性出生缺陷归因于其母亲在妊娠期间和哺乳期的营养不良事件。虽然大饥荒年代已经不会再发生,但是也提示我们,在围产期,特别是出生后女婴的的营养状况可能影响原始卵泡库的大小和其后代的健康。

2022年8月11日,南京医科大学生殖医学国家重点实验室李朝军团队与南京鼓楼医院生殖中心孙海翔团队合作在Life Metabolism上在线发表题为The neonatal ketone body is important for primordial follicle pool formation and regulates ovarian ageing in mice的研究论文。该研究揭示新生小鼠体内系统性酮体水平升高,通过降低卵巢内ROS诱发的原始卵泡的过度凋亡,决定了原始卵泡库内卵泡的质量和数量,进一步影响雌鼠的生殖寿命。

李朝军研究团队在前期工作中发现,初乳中富含的脂类,瞬时刺激了Hmgcs2在新生儿肝脏、心脏包括卵巢等器官中的高表达,因此,出生后血清酮体水平明显高于成年。而Hmgcs2基因敲除的新生小鼠酮体水平大幅下降,这与新生小鼠营养不良相关的酮体缺乏现象非常相似。利用这一理想的动物模型,他们发现,新生儿小鼠酮体缺乏导致总卵泡数量变少,这是由于出生后1- 5天内原始卵泡过度凋亡所致(图1a, zbob)。此外,Hmgcs2缺陷小鼠原始卵泡库的缺陷进一步导致POA,这主要表现为生仔数量减少,生仔间隔逐渐延长。然而,颗粒细胞特异性敲除Hmgcs2小鼠的卵巢发育正常,这证明了导致卵巢功能下降的原因是全身性的酮体缺失而并非局部Hmgcs2功能的丧失。这些数据表明,新生儿体内高水平的酮体调控了新生儿期原始卵泡库的形成,进一步影响了成年期卵巢功能的维持。

新生儿面临的另一个挑战是由自主呼吸产生的更高的氧化应激。通过对出生后3天的敲除小鼠和野生型小鼠卵巢进行单细胞RNA测序,分析显示在敲除小鼠的内皮细胞、上皮细胞、颗粒细胞和基质细胞中均出现ROS 信号通路激活水平的上调。同时,研究人员发现新生儿时期酮体缺失小鼠卵巢的ROS生成增加,并伴随着更严重的卵母细胞DNA损伤和卵泡凋亡(图1c)。高水平的ROS激活促凋亡转录因子TAp63(图1d),并刺激敲除小鼠卵巢中Nrf2/ARE抗氧化应激信号通路的激活。为了进一步确认原始卵泡库建立过程中酮体的重要作用,研究人员在出生后第二天给予β-HB回补,发现回补β-HB可以降低敲除小鼠卵巢的ROS水平,缓解了原始卵泡数量的减少(图1e)。上述数据表明,新生儿酮体缺乏会导致ROS水平过高,企业文化诱导过度的细胞凋亡影响原始卵泡库的形成,研究揭示了营养不良下原始卵泡库形成缺陷的分子机制。

图1酮体对小鼠原始卵泡库形成和调节卵巢衰老具有重要作用

(a) 野生小鼠和Hmgcs2敲除小鼠) P5d卵巢免疫荧光染色结果;绿色荧光表示MVH,蓝色荧光表示DAPI染色。(b) 野生小鼠和Hmgcs2敲除小鼠P3d卵巢卵泡凋亡情况。绿色荧光表示TUNEL阳性,蓝色荧光表示DAPI阳性。(c)野生小鼠和Hmgcs2敲除小鼠P3d卵巢γ-H2AX免疫荧光染色。(d) 野生小鼠和Hmgcs2敲除小鼠P3d卵巢TAp63的免疫荧光染色。(e) 野生小鼠和Hmgcs2敲除小鼠在P2d注射酮体或生理盐水后P5d进行免疫荧光染色。绿色荧光表示MVH,蓝色荧光表示DAPI。(f)酮体在原始卵泡库形成过程中作用的工作模型。

综上,这一研究表明,新生儿体内高水平的酮体对于原始卵泡库的形成至关重要,可以抑制过量的ROS 积累和卵母细胞过度凋亡调节原始卵泡库的形成(图1f)。任何导致酮体缺乏的因素,如新生儿期营养不良,都可能导致原始卵泡库的减少,最终在成年期上升为卵巢早衰。该研究为POA形成的代谢机制提供了新的解释,并为改善早期卵泡库的储备提供了新的可能的策略。

https://academic.oup.com/lifemeta/advance-article/doi/10.1093/lifemeta/loac017/6659889

制版人:十一

参考文献

1. 袁雪,张欣. (2021) 二孩政策下父母亲生育年龄对发育短期和长期影响因素分析. 天津医科大学学报, 524-528

2. Tal, R., and Seifer, D. B. (2017) Ovarian reserve testing: a user's guide.Am J Obstet Gynecol217, 129-140

3. Wallace, W. H., and Kelsey, T. W. (2010) Human ovarian reserve from conception to the menopause.PLoS One5, e8772

4. Park, S. U., Walsh, L., and Berkowitz, K. M. (2021) Mechanisms of ovarian aging.Reproduction162, R19-R33

5. Kyle, U. G., and Pichard, C. (2006) The Dutch Famine of 1944-1945: a pathophysiological model of long-term consequences of wasting disease.Curr Opin Clin Nutr Metab Care9, 388-394

6. Yarde, F., Broekmans, F. J., van der Pal-de Bruin, K. M., Schonbeck, Y., et al. (2013) Prenatal famine, birthweight, reproductive performance and age at menopause: the Dutch hunger winter families study.Hum Reprod28, 3328-3336

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