研究找到控制卵母細胞成熟重要因子

日期：2011-07-27 08:19:48

什么原因抑制了卵母細胞的成熟，一直是生殖生物學(xué)上的未解之謎。在國家自然科學(xué)基金等的支持下，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室教授夏國良課題組和美國杰克遜實驗室John Eppig 教授課題組合作，找到控制卵母細胞成熟的重要因子。

未解之謎

“如果沒有這種卵母細胞成熟阻滯機制，哺乳動物就會發(fā)生卵巢早衰，卵母細胞就不能繼續(xù)發(fā)育，和精子結(jié)合，導(dǎo)致不育。”夏國良說，“這一研究為揭示卵母細胞成熟的分子機制提供了理論依據(jù)；對于揭示促性腺激素精確調(diào)控卵母細胞成熟與排卵的同步化，以及雌性的正常受精等機理具有重要的生物學(xué)意義；為人類卵巢早衰和卵巢多囊癥的發(fā)病機理研究提供重要的理論參考；也為動物高效繁殖技術(shù)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。”

哺乳動物出生時，卵巢內(nèi)已經(jīng)有未成熟的卵母細胞存在。

人早在胚胎時期，卵原細胞就已陸續(xù)分裂分化而產(chǎn)生初級卵母細胞。初生女嬰的卵巢中有初級卵母細胞（初級卵泡）約兩百萬個，它們都已進入了第一次減數(shù)分裂的前期Ⅰ時期，并停留在前期Ⅰ階段不再生長發(fā)育，直到女孩進入性成熟時期。此時約有幾十萬個初級卵母細胞保留下來。初級卵母細胞在性激素的刺激才蘇醒過來，重新恢復(fù)成熟過程。

奇妙的是，這幾十萬個初級卵母細胞并非同時蘇醒，同時發(fā)育，而是從性成熟期開始，每28 天左右，有一個或者2個初級卵母細胞繼續(xù)發(fā)育。也就是說，如果女子從十五六歲開始排卵，她的幾十萬個初級卵母細胞中只有幾百個能發(fā)育成熟。那些不能繼續(xù)發(fā)育的初級卵母細胞就逐漸死亡了。

初級卵母細胞“蘇醒”后，細胞質(zhì)中陸續(xù)積累卵黃、mRNA和酶等物質(zhì)而逐漸長大。在此期間，初級卵母細胞完成了第一次減數(shù)分裂，形成次級卵母細胞和第一極體。從卵巢中排出的“卵”其實是次級卵母細胞。次級卵母細胞進入輸卵管后，在輸卵管中進行第二次減數(shù)分裂。這次分裂要在受精之后，在精子核進入次級卵母細胞之后進行。

現(xiàn)代生物技術(shù)在動物繁殖領(lǐng)域及人類輔助生殖的應(yīng)用中，成熟卵母細胞的質(zhì)量至關(guān)重要。以往研究發(fā)現(xiàn)，正常卵巢卵泡中的卵母細胞一直停滯于減數(shù)分裂的前期，不能成熟，只有在促性腺激素周期性排卵前峰的作用下才能成熟和排卵。那么，卵母細胞成熟的分子機理是什么？一個多世紀(jì)以來，科學(xué)家在這方面進行了大量的研究，但始終是未解之謎。

找到控制因子

1991年，夏國良在原北京農(nóng)業(yè)大學(xué)（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)）獲得博士學(xué)位后，被公派到丹麥國家教學(xué)研究醫(yī)院生殖生物學(xué)實驗室從事博士后工作，師從國際著名胚胎學(xué)家、有著丹麥“試管嬰兒之母”之譽的Byskov教授。

“細胞成熟因子”是Byskov教授在上世紀(jì)60年代提出的，但一直沒有建立合適的模型來證明這種物質(zhì)。雖然一度采用小鼠胚胎性腺做模型，但周期長，變化大，穩(wěn)定性差，收效甚微。夏國良參與研究后，提出卵母細胞是鑒定這種物質(zhì)的模型。這一方法被Byskov教授采納，只用了3個月就建立了新的模型。夏國良和他的同事用實驗證明了“卵細胞成熟因子”的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、分子量，并提純這種物質(zhì)，先后在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表系列論文。

1994年，夏國良回國，在回國人員啟動基金和國家自然科學(xué)基金的資助下，夏國良繼續(xù)研究促性腺激素誘導(dǎo)卵母細胞體外成熟的作用機制。

2009年，夏國良弟子張美佳被派往美國杰克遜實驗室開展研究，夏國良課題組和John Eppig 教授課題組合作，開始利用自發(fā)突變小鼠模型開展研究。根據(jù)以往的RNA干擾實驗基礎(chǔ)，他們首先對C-型鈉肽的受體NPR2基因突變小鼠進行激素處理，誘導(dǎo)卵泡的發(fā)育，終于使該突變小鼠的表型完美地表現(xiàn)出來了。

由于C-型鈉肽突變小鼠在出生后7天會逐漸死亡，他們就將該新生小鼠的卵巢移植到具有免疫缺陷的雌鼠腎囊下，讓該卵巢上的卵泡充分發(fā)育長大。最終的結(jié)果與其受體突變小鼠的表型一致。利用自發(fā)突變小鼠模型開展研，他們發(fā)現(xiàn)，卵泡中的顆粒細胞分泌 C-型鈉肽，該物質(zhì)通過其受體 NPR2產(chǎn)生 cGMP阻止卵母細胞內(nèi)cAMP的降解，從而抑制了卵母細胞的成熟。只有當(dāng)周期性促性腺激素峰出現(xiàn)時下調(diào)了C-型鈉肽的分泌，才能解除其對卵母細胞成熟的抑制，進而引起卵母細胞的成熟和排卵。他們的研究結(jié)果證實，C-型鈉肽及其受體NPR2缺失將導(dǎo)致卵泡中卵母細胞的提前成熟。

這一研究為揭示卵母細胞成熟的分子機制提供了重要的理論依據(jù)，對于揭示促性腺激素精確調(diào)控卵母細胞成熟與排卵的同步化，以及雌性的正常受精等機理具有重要的生物學(xué)意義。相關(guān)研究成果由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)國家重點實驗室張美佳副教授以第一作者發(fā)表在美國《科學(xué)》雜志上。

“我們的實驗是用小白鼠做的，在小白鼠身上得到了很好的驗證，在前期國家自然科學(xué)基金和其他項目研究的基礎(chǔ)上，我們目前正在進行一項‘973’課題研究，和一家醫(yī)療單位合作，希望能在人類卵巢早衰和卵巢多囊癥、不育癥等方面做些工作。”夏國良說。