线粒体质量控制与卵母细胞发育

2019
12/24

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孙海翔 / 中华医学信息导报
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线粒体的功能你知道吗?

卵泡作为女性配子发生的基本单元,主要由卵母细胞和颗粒细胞等体细胞组成。在生长卵泡中,颗粒细胞可以通过缝隙连接为卵母细胞传递包括丙酮酸、氨基酸和脂肪酸等在内的营养物质,满足卵母细胞的代谢需求。卵母细胞主要利用丙酮酸、游离脂肪酸在线粒体内通过氧化磷酸化和β氧化等方式产生三磷酸腺苷(ATP),为卵母细胞和早期胚胎发育储备能量。

线粒体功能障碍

卵母细胞的线粒体是一种半自主细胞器,是生物氧化和能量转换的主要场所。线粒体参与原始生殖细胞形成、卵母细胞发育成熟及早期胚胎发育过程;成熟卵母细胞拥有数量最多的线粒体,数量在10万~50万个,其呈圆形或椭圆形态,在转录和生物能量代谢上处于低水平,从而维持较少的线粒体DNA突变。线粒体功能障碍是女性生育力下降的重要因素,也是造成卵母细胞质量下降的主要原因。

研究表明,以胞质移植的方式补充线粒体数量可以改善胚胎发育情况,但受限于伦理问题,自体的体细胞或干细胞线粒体移植效果尚存在争议,临床上难以推广。越来越多的证据表明,

单纯补充成体的体细胞或干细胞线粒体数量不能改善卵母细胞质量和发育潜能。

改善卵母细胞内线粒体功能和能量代谢的临床药物,如生长激素、褪黑素和辅酶Q10,在体外或模型动物实验中可以改善卵母细胞质量,但临床研究的结果仍然存在争议,需要大样本、多中心的随机对照研究加以明确。

线粒体质量控制

线粒体的质量是影响卵母细胞发育成熟和潜能的关键因素。

线粒体质量控制可分为两个水平:分子水平和细胞器水平。(1)分子水平。主要包括线粒体蛋白酶和分子伴侣的调控;(2)细胞器水平。主要包括线粒体分裂融合及线粒体自噬调控。

线粒体蛋白酶种类众多,在线粒体功能的维持上发挥了至关重要的作用,但在生殖医学领域的研究较少。已有文献报道,线粒体酪蛋白溶解蛋白酶P缺失可造成小鼠卵巢内卵泡储备的丧失。通过课题组研究发现,线粒体蛋白酶家族成员ATP依赖的线粒体Lon蛋白酶P1(LONP1)在卵泡发育成熟过程中起到重要调控作用。LONP1已知的主要功能包括:水解氧化损伤蛋白质、稳定电子传递链、调控线粒体生物合成、参与线粒体蛋白质运输及成熟及调控应激反应。通过组织条件性地敲除LONP1实验发现,卵母细胞特异性敲除LONP1的小鼠不孕,卵母细胞线粒体功能发生障碍,线粒体自噬小体显著增多,卵巢内卵泡储备提前耗竭。

通过此现象,推测出卵母细胞内LONP1的敲除或表达降低,可以引起自噬蛋白的PTEN诱导激酶1在线粒体外膜聚集,诱发线粒体自噬的异常增多,从而导致卵母细胞发育障碍或死亡。在细胞器水平,线粒体的分裂及融合维持线粒体网络功能并与线粒体自噬密切相关,其关键蛋白Mfn1/Mfn2的缺失造成卵泡发育障碍。

总之,卵母细胞线粒体功能是决定卵泡发育成熟与质量的重要因素;加快卵母细胞线粒体生物学尤其是线粒体质量控制的研究,可能为高龄、卵巢功能衰退患者卵母细胞质量的改善提供新的治疗途径。

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