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夏国良等找到控制卵母细胞成熟重要因子

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【导读】什么原因抑制了卵母细胞的成熟,一直是生殖生物学上的未解之谜。在国家自然科学基金等的支持下,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室教授夏国良课题组和美国杰克逊实验室JohnEppig...

什么原因抑制了卵母细胞的成熟,一直是生殖生物学上的未解之谜。在国家自然科学基金等的支持下,中国农业大学农业生物技术国家重点实验室教授夏国良课题组和美国杰克逊实验室JohnEppig教授课题组合作,找到控制卵母细胞成熟的重要因子。

未解之谜

“如果没有这种卵母细胞成熟阻滞机制,哺乳动物就会发生卵巢早衰,卵母细胞就不能继续发育,和精子结合,导致不育。”夏国良说,“这一研究为揭示卵母细胞成熟的分子机制提供了理论依据;对于揭示促性腺激素精确调控卵母细胞成熟与排卵的同步化,以及雌性的正常受精等机理具有重要的生物学意义;为人类卵巢早衰和卵巢多囊症的发病机理研究提供重要的理论参考;也为动物高效繁殖技术的应用奠定基础。”

哺乳动物出生时,卵巢内已经有未成熟的卵母细胞存在。

人早在胚胎时期,卵原细胞就已陆续分裂分化而产生初级卵母细胞。初生女婴的卵巢中有初级卵母细胞(初级卵泡)约两百万个,它们都已进入了第一次减数分裂的前期Ⅰ时期,并停留在前期Ⅰ阶段不再生长发育,直到女孩进入性成熟时期。此时约有几十万个初级卵母细胞保留下来。初级卵母细胞在性激素的刺激才苏醒过来,重新恢复成熟过程。

奇妙的是,这几十万个初级卵母细胞并非同时苏醒,同时发育,而是从性成熟期开始,每28天左右,有一个或者2个初级卵母细胞继续发育。也就是说,如果女子从十五六岁开始排卵,她的几十万个初级卵母细胞中只有几百个能发育成熟。那些不能继续发育的初级卵母细胞就逐渐死亡了。

初级卵母细胞“苏醒”后,细胞质中陆续积累卵黄、mRNA和酶等物质而逐渐长大。在此期间,初级卵母细胞完成了第一次减数分裂,形成次级卵母细胞和第一极体。从卵巢中排出的“卵”其实是次级卵母细胞。次级卵母细胞进入输卵管后,在输卵管中进行第二次减数分裂。这次分裂要在受精之后,在精子核进入次级卵母细胞之后进行。

现代生物技术在动物繁殖领域及人类辅助生殖的应用中,成熟卵母细胞的质量至关重要。以往研究发现,正常卵巢卵泡中的卵母细胞一直停滞于减数分裂的前期,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,卵母细胞成熟的分子机理是什么?一个多世纪以来,科学家在这方面进行了大量的研究,但始终是未解之谜。

找到控制因子

1991年,夏国良在原北京农业大学(中国农业大学)获得博士学位后,被公派到丹麦国家教学研究医院生殖生物学实验室从事博士后工作,师从国际著名胚胎学家、有着丹麦“试管婴儿之母”之誉的Byskov教授。

“细胞成熟因子”是Byskov教授在上世纪60年代提出的,但一直没有建立合适的模型来证明这种物质。虽然一度采用小鼠胚胎性腺做模型,但周期长,变化大,稳定性差,收效甚微。夏国良参与研究后,提出卵母细胞是鉴定这种物质的模型。这一方法被Byskov教授采纳,只用了3个月就建立了新的模型。夏国良和他的同事用实验证明了“卵细胞成熟因子”的性质、结构、分子量,并提纯这种物质,先后在国际学术期刊上发表系列论文。

1994年,夏国良回国,在回国人员启动基金和国家自然科学基金的资助下,夏国良继续研究促性腺激素诱导卵母细胞体外成熟的作用机制。

2009年,夏国良弟子张美佳被派往美国杰克逊实验室开展研究,夏国良课题组和JohnEppig教授课题组合作,开始利用自发突变小鼠模型开展研究。根据以往的RNA干扰实验基础,他们首先对C-型钠肽的受体NPR2基因突变小鼠进行激素处理,诱导卵泡的发育,终于使该突变小鼠的表型完美地表现出来了。

由于C-型钠肽突变小鼠在出生后7天会逐渐死亡,他们就将该新生小鼠的卵巢移植到具有免疫缺陷的雌鼠肾囊下,让该卵巢上的卵泡充分发育长大。最终的结果与其受体突变小鼠的表型一致。利用自发突变小鼠模型开展研,他们发现,卵泡中的颗粒细胞分泌C-型钠肽,该物质通过其受体NPR2产生cGMP阻止卵母细胞内cAMP的降解,从而抑制了卵母细胞的成熟。只有当周期性促性腺激素峰出现时下调了C-型钠肽的分泌,才能解除其对卵母细胞成熟的抑制,进而引起卵母细胞的成熟和排卵。他们的研究结果证实,C-型钠肽及其受体NPR2缺失将导致卵泡中卵母细胞的提前成熟。

这一研究为揭示卵母细胞成熟的分子机制提供了重要的理论依据,对于揭示促性腺激素精确调控卵母细胞成熟与排卵的同步化,以及雌性的正常受精等机理具有重要的生物学意义。相关研究成果由中国农业大学农业生物技术国家重点实验室张美佳副教授以第一作者发表在美国《科学》杂志上。

“我们的实验是用小白鼠做的,在小白鼠身上得到了很好的验证,在前期国家自然科学基金和其他项目研究的基础上,我们目前正在进行一项‘973’课题研究,和一家医疗单位合作,希望能在人类卵巢早衰和卵巢多囊症、不育症等方面做些工作。”夏国良说。


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2018-11-08 09:23:03
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