干细胞领域牛人Cell聚焦代谢与生殖

在发表于《细胞》（Cell）杂志上的一项新研究中，卡内基研究所的研究人员利用果蝇作为模型系统详细分析了代谢与卵子发育之间的关联。当卵子（也称作卵母细胞）进入到发育的最后阶段时，它们会累积大量的蛋白质、脂类和糖类为受精后的胚胎提供燃料。Spradling实验室确定了发育卵母细胞中诱导碳水化合物储存的功能和生物化学改变。

　　

生物通报道  生殖高度依赖于饮食以及利用营养物质来生长和生成能量的能力。在妇女的身上可以清楚地看到这一点，其必须提供所有必需的营养成分来支持生长中的胚胎。因此，糖尿病和肥胖一类的代谢病与几种女性生殖疾病如不孕、多囊卵巢综合征及卵巢癌都有着密切的关联。但目前对于生殖过程与代谢之间的精确关系仍知之甚少。

在发表于《细胞》（Cell）杂志上的一项新研究中，卡内基研究所的Allan Spradling、Matthew Sieber和Michael Thomsen，利用果蝇作为模型系统详细分析了代谢与卵子发育之间的关联。当卵子（也称作卵母细胞）进入到发育的最后阶段时，它们会累积大量的蛋白质、脂类和糖类为受精后的胚胎提供燃料。Spradling实验室确定了发育卵母细胞中诱导碳水化合物储存的功能和生物化学改变。

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线粒体是细胞内负责将糖一类的营养物质转化为能量，供给细胞燃料，使得它能够发挥功能及生长的结构。Sieber、Thomsen和Spradling发现在卵母细胞发育的最后阶段，胰岛素信号在卵母细胞中失活，导致了线粒体一些生物化学特性发生根本改变，降低了线粒体活性。线粒体功能发生改变导致了糖类在卵母细胞中累积。因此，在受精之后这些糖类可被用来为发育胚胎提供燃料。

他们的研究发现与以往的观察结果相一致，证实哺乳动物卵母细胞也显示低水平的线粒体活性，表明线粒体功能和糖储存发生相似的改变有可能是许多物种中卵母细胞生成的一个重要方面。

Spradling说：“我们相信这些研究结果直接适用于认识人类不孕。多囊卵巢综合征是女性不孕的一个主要原因，它与糖尿病和胰岛素抵抗密切相关，表明卵母细胞成熟一些代谢方面的缺陷有可能是这一疾病的潜在根源。”

此外，Spradling研究小组还认为在卵母细胞发育过程中线粒体缺陷促使生成了在体外受精治疗中（IVF）失败的卵母细胞，但这一点还有待进一步的研究证实。

Spradling是干细胞领域的权威。他的实验室主要利用果蝇的生殖干细胞作为模型，详细阐述其微环境，加深了对干细胞复杂调控的认识。此外，Spradling在卵细胞发育领域也具有重要的地位。著名华人科学家Stower研究所的谢亭博士就是其门下弟子。

2004年，Spradling在Nature杂志上发表论文称，发现某些与果蝇卵子发育有关的细胞经刺激可以回复到全能干细胞状态，提出了卵巢组织细胞有可能成为干细胞新来源（延伸阅读：卵巢组织细胞有望成为干细胞的新来源）。2009年，他发现了一种维持干细胞多能性的关键基因scrawny，这一研究成果发布在Science杂志上（延伸阅读：Science：维持干细胞多能性的关键基因）。2015年，其在Current Biology杂志上称，通过对卵母细胞发育过程中的甘油三酯和固醇累积极性研究，发现了对果蝇脂质代谢和卵子生成都至关重要的类固醇激素（延伸阅读：Cell子刊揭示代谢与生殖的关联 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Electron Transport Chain Remodeling by GSK3 during Oogenesis Connects Nutrient State to Reproduction

Reproduction is heavily influenced by nutrition and metabolic state. Many common reproductive disorders in humans are associated with diabetes and metabolic syndrome. We characterized the metabolic mechanisms that support oogenesis and found that mitochondria in mature Drosophila oocytes enter a low-activity state of respiratory quiescence by remodeling the electron transport chain (ETC). This shift in mitochondrial function leads to extensive glycogen accumulation late in oogenesis and is required for the developmental competence of the oocyte. Decreased insulin signaling initiates ETC remodeling and mitochondrial respiratory quiescence through glycogen synthase kinase 3 (GSK3). Intriguingly, we observed similar ETC remodeling and glycogen uptake in maturing Xenopus oocytes, suggesting that these processes are evolutionarily conserved aspects of oocyte development. Our studies reveal an important link between metabolism and oocyte maturation.