三维定量微弹性成像揭示小鼠卵巢衰老过程中空间弹性模式的变化

《Communications Biology》：Three-dimensional quantitative micro-elastography reveals alterations in spatial elasticity patterns in murine ovaries during ageing

语 本研究针对卵巢衰老伴随的纤维化和组织硬化问题，开发了结合定量微弹性成像（QME）与免疫荧光显微镜的集成方法，首次实现了卵巢功能结构（如卵泡和黄体）的三维微尺度弹性表征。研究发现，黄体弹性随年龄显著增加，而卵泡弹性变化较小；晚期卵泡发育过程中出现与外膜细胞层相关的弹性空间异质性。该工作为理解卵巢机械微环境与生殖健康的关系提供了新视角，对开发女性生育力维持策略具有潜在意义。

　　

卵巢是女性生殖系统的核心器官，其功能衰退与年龄增长密切相关。随着女性年龄增长，卵巢逐渐出现纤维化和组织硬化，这被广泛认为是生育能力下降的关键因素之一。然而，传统的生物学研究手段难以精确捕捉卵巢内部微结构的力学特性变化，尤其是三维空间尺度上的弹性分布模式。长期以来，科学家们缺乏对卵巢不同功能区域（如卵泡和黄体）在衰老过程中弹性变化的系统认识，这限制了对卵巢机械微环境与生殖功能关联的深入理解。

为了解决这一问题，新加坡国立大学机械生物学研究所的Anna Jaeschke、Matt S. Hepburn等研究人员在《Communications Biology》上发表了最新研究。他们开发了一种创新的集成方法，将定量微弹性成像（Quantitative Micro-Elastography, QME）与免疫荧光显微镜技术相结合，首次实现了对完整小鼠卵巢三维微尺度弹性的无标记、非侵入性表征。

研究团队选取了三个不同年龄阶段的小鼠卵巢作为研究对象：3周龄（青春期前）、9周龄（生殖活跃期）和12月龄（卵巢衰老期）。通过QME技术，他们以35微米的高空间分辨率生成了卵巢的 volumetric 弹性图像，并进一步与免疫荧光染色数据共定位，从而将组织弹性、体积和细胞-基质成分的变化联系起来。

主要技术方法

本研究核心技术为定量微弹性成像（QME），该系统基于相位敏感光学相干断层扫描（OCT），通过施加微米级压缩并测量组织位移与应变，直接计算杨氏模量。样本制备方面，小鼠卵巢被包埋于1%琼脂糖凝胶中以控制表面平整度并维持生理湿度。成像后组织经固定、振动切片机切片（60-75微米），并进行免疫荧光染色（标记细胞骨架蛋白F-actin、α-SMA、细胞外基质成分胶原蛋白I/III、纤维连接蛋白等）。共定位分析通过手动标注光镜图像与QME数据集匹配实现，弹性参数（峰值弹性、分布宽度等）及结构体积通过自定义MATLAB脚本量化。

研究结果

Volumetric imaging of microscale elasticity in murine ovaries of different reproductive age cohorts

QME成像显示，卵巢弹性呈右偏态分布，整体器官弹性随年龄仅轻微增加（峰值弹性从3周龄的3.06±0.49 kPa升至12月龄的3.52±0.6 kPa），但弹性异质性（以FWHM衡量）显著增强。卵巢体积在3周至9周间显著增长，但整体弹性与成像体积无显著相关性，表明年龄相关的弹性变化主要由局部结构驱动而非整体器官体积变化。

CL elasticity is significantly increased in aged ovaries

黄体（CL）弹性在衰老卵巢中显著上升，12月龄CL峰值弹性（5.22±2.02 kPa）较9周龄（4.19±1.59 kPa）提高约25%。年轻CL弹性随体积增大而下降，而衰老卵巢中多见小而硬的CL，贡献了整体弹性升高。免疫荧光分析显示，衰老CL中收缩性细胞（α-SMA⁺）、F-actin含量及微血管面积减少，胶原蛋白I和III表达降低，但纤维连接蛋白稳定，导致胶原III/I比率下降。

Spatial mechanical patterns in follicles at different developmental stages

卵泡弹性随年龄变化不显著（峰值弹性在3周至12月龄间为3.62–4.09 kPa），但发育晚期卵泡出现明显空间异质性：外层弹性显著高于内层（弹性比率≈2），且该比率随卵泡面积增大而上升。免疫荧光证实高弹性区域与F-actin和α-SMA富集的外膜细胞层重合，提示卵泡发育过程中形成的“机械外壳”可能参与保护卵母细胞。

结论与意义

本研究通过QME技术揭示了卵巢衰老过程中局部机械微环境的动态变化，明确了黄体而非卵泡是年龄相关性卵巢硬化的主要贡献者。黄体弹性升高与细胞外基质重塑（如胶原III/I比率下降）密切相关，而卵泡发育过程中外膜层形成的弹性梯度提示其机械保护功能。该工作首次实现了卵巢功能结构的三维微弹性定量图谱构建，为理解生殖衰老的机械生物学基础提供了新范式。未来通过扩展至疾病模型或结合更高分辨率技术（如偏振光显微镜），QME有望成为卵巢纤维化诊断和治疗靶点开发的有力工具。