絕大多數(shù)關(guān)于哺乳動物卵母細(xì)胞發(fā)育的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，皆源于地球標(biāo)準(zhǔn)重力（1g）條件下。然而，隨著載人航天任務(wù)的推進(jìn)，微重力對生殖系統(tǒng)的潛在干擾正日益引起關(guān)注。已有研究表明，微重力可顯著改變細(xì)胞骨架與能量代謝等。因此，對高度依賴結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與精密能量調(diào)控的卵母細(xì)胞而言，其反應(yīng)可能更為劇烈。
盡管在20世紀(jì)90年代已實(shí)現(xiàn)非洲爪蟾（Xenopus laevis）和青鳉魚（Oryzias latipes）的太空繁殖，哺乳動物卻尚未完成從交配到分娩的全過程。哺乳動物卵母細(xì)胞異常高的非整倍性發(fā)生率提示其在太空環(huán)境中可能面臨獨(dú)特挑戰(zhàn)。然而，這種高敏感性是否限制了哺乳動物在太空中的正常繁殖，這一問題目前仍缺乏相關(guān)研究。
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)藥與技術(shù)研究所能量代謝與生殖研究中心張鍵團(tuán)隊(duì)與雷曉華團(tuán)隊(duì)合作，在微重力環(huán)境下卵母細(xì)胞減數(shù)分裂損傷的研究方面取得了新進(jìn)展。該研究團(tuán)隊(duì)利用旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)構(gòu)建模擬微重力（SMG）模型，系統(tǒng)評估小鼠卵母細(xì)胞在SMG環(huán)境下的減數(shù)分裂動態(tài)與能量代謝等，為空間卵母細(xì)胞減數(shù)分裂損傷機(jī)制與干預(yù)手段提供了新的見解。相關(guān)成果以“The Critical Role of Enhanced OXPHOS and Mitochondrial Hyperpolarization in Simulated Microgravity-Induced Oocyte Maturation Arrest”發(fā)表于Advanced Science上。
該研究顯示SMG誘導(dǎo)小鼠卵母細(xì)胞獨(dú)特的能量代謝損傷，表現(xiàn)為增加的氧化磷酸化（OXPHOS）與線粒體膜電位超極化，這不同于卵母細(xì)胞在常規(guī)重力下其他暴露所引起的能量代謝損傷，表明微重力與卵母細(xì)胞兩者的特殊性。與此同時(shí)，SMG加速減數(shù)分裂進(jìn)程，但延遲了微管組裝中心（MTOC）融合，最終引起卵母細(xì)胞成熟阻滯。該研究針對加速的減數(shù)分裂進(jìn)程，使用了后期促進(jìn)復(fù)合體抑制劑（APCin）進(jìn)行分裂期延長。結(jié)果表明延長分裂期改善了紡錘體組裝與MTOC融合，最終恢復(fù)SMG下卵母細(xì)胞第一極體（PB1）排放情況。該研究為微重力下卵母細(xì)胞成熟與空間雌性生殖提供了理論依據(jù)，并為未來開發(fā)空間生殖干預(yù)提供了潛在方案。
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)藥所能量代謝與生殖研究中心主任張鍵研究員、雷曉華研究員與楊雅莉助理研究員為該論文通訊作者，張鍵研究員團(tuán)隊(duì)的葛磊博士為第一作者。該研究獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金、深圳市醫(yī)學(xué)研究專項(xiàng)資金、深圳市科技創(chuàng)新局、深圳市代謝健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市代謝與生殖靶向投遞技術(shù)概念驗(yàn)證中心、深圳中歐創(chuàng)新醫(yī)藥與健康研究中心等支持。
模擬微重力損傷小鼠卵母細(xì)胞成熟機(jī)制與干預(yù)方案圖
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