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研究背景
卵泡是雌性哺乳动物卵巢的基本结构和功能单位。雌性出生时在卵巢中形成的原始卵泡储备库是其一生中生殖细胞的唯一来源，故其生育力的长短在很大程度上取决于原始卵泡的储备量。对于有生育能力的雌性，其卵巢中绝大多数休眠原始卵泡为个体提供了后期可用的生长卵泡资源。但是，在每个发情周期中仅有一部分原始卵泡被选择性激活，并随即缓慢发育为初级卵泡、次级卵泡。激活后启动发育的生长卵泡，伴随有卵母细胞的持续生长变大和颗粒细胞的增殖与逐步分化。其中，可对促性腺激素产生响应的部分次级卵泡会快速发育成熟并排卵。鉴于原始卵泡对于女性生殖的重要意义，阐明原始卵泡激活的生理调节机制不仅对深刻理解女性生育力保持机制具有重要意义，对阐明因原始卵泡激活失调所致40岁前绝经为特征的卵巢早衰 (POI) 的病理机制有帮助，进而也可为找到延缓生殖衰老和促进女性生育力保持的诊疗策略提供理论基础。但育龄期女性在生理条件下仅有极少部分原始卵泡会发生激活的机制，以及刺激原始卵泡发生选择性有序激活的生理信号及其调节机制的研究并不充分。因此，寻找生理条件下调节成年女性原始卵泡选择性激活的生理信号并揭示其调节机制对深入阐明上述机制至关重要。
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研究结果
排卵会优先选择激活临近排卵卵泡的原始卵泡。为了确定生理条件下原始卵泡的选择性激活是否与小鼠的周期性排卵事件相关，研究者通过观察发现随着排卵过程的延续，排卵前卵泡附近40 μm范围内的原始卵泡被激活的比例显著低于其他位置。结果提示，当排卵卵泡破溃至仅剩一层顶端壁层颗粒细胞时, 其临近原始卵泡开始启动激活。
为了进一步研究小鼠卵巢中原始卵泡（PmF）储备的消耗是否与育龄雌性小鼠的排卵次数有关，研究者在小鼠中诱导了连续10个发情周期的连续超排卵 (CSO)。在整个卵巢的连续切片中计数总PmF以进行统计分析。CSO后，发现与对照组小鼠卵巢相比，残留的黄体明显更丰富，CSO卵巢中可以检测到更少的可用PmF，这意味着超排卵加速了PmF的消耗。提示小鼠卵巢中原始卵泡储备的消耗速率与排卵的次数相关。说明排卵是卵巢周期中原始卵泡选择性激活的始动因素。
为了筛查排卵卵泡周围影响原始卵泡激活的关键因素，研究人员利用成年小鼠排卵期卵巢进行了DBit-seq单细胞空间转录组测序。结果发现排卵卵泡外周最显著的差异表达基因包括Col12a1、Lox和Timp1等。文献显示，这类基因编码的蛋白主要负责细胞外基质 (ECM) 中肌动蛋白聚合、降解和重塑，且均与组织中机械应力的变化有关，提示排卵可能影响了排卵卵泡周围的机械应力。随后发现，排卵卵泡周围的原始卵泡所受的机械应力显著小于非排卵卵泡周围的原始卵泡。同时，在排卵阶段卵巢皮质区原始卵泡卵母细胞的核旋转速率显著小于非排卵时期卵巢。由此提示, 排卵引起的原始卵泡激活可能是通过降解临近原始卵泡周围的ECM, 减弱其所受机械应力而实现的。
通过筛选空间转录组数据中ECM相关基因，进一步发现在靠近排卵卵泡的40μm范围内，组织蛋白酶L (CTSL) 水平明显高于远离排卵卵泡的其他区域，且在排卵卵泡附近的间质细胞与原始卵泡中都特异性高富集CTSL。这提示CTSL可能是降解ECM减弱机械应力的关键分子。若提高成熟型CTSL蛋白水平则会导致卵巢内原始卵泡激活比率显著上升。体外功能实验发现, 抑制CTSL活性可部分挽救因ECM降解导致的原始卵泡激活, 说明CTSL是通过降解ECM减弱原始卵泡的机械应力导致卵泡激活。该假设也随后通过体内卵巢囊原位注射实验得以证明, 即抑制CTSL可部分挽救连续超数排卵对原始卵泡库的过度消耗作用。
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研究结论
该研究发现CTSL以距离依赖的方式降解排卵卵泡临近原始卵泡外围ECM进而导致其发生激活的分子机制。研究为阐明生理情况下成年雌性哺乳动物周期性排卵过程与原始卵泡有序选择性激活之间的关系提供了新的理论证据,也为理解POI的潜在非遗传性致病机制及临床诊疗POI提供了参考。
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参考文献
文献分享丨范志浩 审核丨 侯栋
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