小鼠卵母细胞减数分裂成熟过程中的代谢模式特征

来源：BioArt

卵母细胞作为生殖过程中特殊且关键的细胞，对营养和代谢环境尤为敏感，是母源环境影响早期胚胎发育以及子代健康的重要介导因素。卵母细胞自身能量代谢的有序与均衡，是其完成减数分裂、获得较高成熟质量和支撑早期胚胎正常发育的重要保障。但是，由于卵母细胞数量较少以及技术应用的限制，对其发育过程中的代谢框架特征研究较少。

2020年10月15日，南京医科大学生殖医学国家重点实验室王强课题组、公共卫生学院陈敏健课题组和基础医学院郭雪江课题组合作在Molecular Cell 杂志上合作发表论文：Characterization of metabolic patterns in mouse oocytes during meiotic maturation，首次呈现出小鼠卵母细胞体内成熟过程中的动态代谢图谱，并结合定量蛋白质组分析技术，协同描绘出卵母细胞减数分裂成熟中的整体代谢模式。

卵母细胞减数分裂成熟过程中存在三个关键阶段，即生发泡期（GV）、生发泡破裂期（GVBD）和成熟期（MII）。在这一工作中，研究人员首先对上述三种卵母细胞进行代谢组和蛋白质组学分析，发现在减数分裂的恢复（GV到GVBD）和成熟（GV到MII）过程中，氨基酸、碳水化合物和核酸的代谢活动增强，而脂质代谢水平在减数分裂恢复过程中显著下降。随后，研究人员对上述四个代谢过程分别进行了细致研究，结合功能学实验，发现了多个在成熟过程中具有重要作用的代谢物分子，并探讨了其作用机制。

在脂质代谢方面，卵母细胞内的肉碱、棕榈酰肉碱以及肉碱棕榈酰转移酶II的含量随减数分裂成熟而显著增加，表明脂肪酸的β氧化反应逐渐变得活跃；而胆固醇、胆汁酸以及多不饱和脂肪酸（PUFA）的含量在此过程中逐渐降低。随后，研究人员发现花生四烯酸（ARA）、二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）能够阻滞卵母细胞成熟进程，并引起减数分裂装置出现异常。通过蛋白质组技术，研究人员揭示了ARA控制减数分裂进程的两个主要途径：下调NKAP以及BTG4的蛋白表达。前者被证明在减数分裂装置的正确装配过程中发挥作用，而后者能促进卵母细胞内mRNA的正常降解。

在氨基酸代谢方面，丝氨酸-甘氨酸-一碳循环通路(SGOC) 在卵母细胞成熟过程中持续活跃。通过关键代谢酶的特异性敲降和单细胞甲基化测序等方法，研究人员发现SGOC通路所介导的S-腺苷甲硫氨酸产生与积累，在卵母细胞向胚胎转变过程中，对于建立正常的表观遗传修饰至关重要。此外，作者们也明确了三羧酸循环、磷酸戊糖途径以及核酸代谢在卵母细胞体内成熟中的变化特征及作用。

总之，该研究呈现了小鼠卵母细胞成熟过程中代谢组学和蛋白质组学动态变化图谱，发现了PUFA影响卵母细胞减数分裂的关键因素，证明了成熟过程中SGOC代谢通路对早期胚胎表观修饰的建立有重要调控作用。

该工作不仅为后续相关研究提供了一个全面的多组学数据资源，同时也为更好地理解诸如肥胖或衰老等机体异常代谢状态下卵母细胞代谢特征的改变、探讨母源性代谢疾病影响子代健康的作用机制、以及人类辅助生殖中体外培养体系的优化和卵母细胞质量的预测评估提供了理论基础。

据悉，南京医科大学王强教授、陈敏健副教授及郭雪江教授为该论文的共同通讯作者；南京医科大学生殖医学国家重点实验室博士研究生李玲、博士研究生祝帅、博士郭曰帅以及军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所副研究员舒文杰为论文的并列第一作者。