核糖体失调：卵巢衰老新机制与雷帕霉素干预策略

《Cell Reports Medicine》：Ribosome dysregulation and intervention in age-related infertility

本研究针对女性年龄相关性不孕的分子机制不明问题，通过多组学分析发现卵母细胞和卵丘细胞在34岁左右出现核糖体基因转录上调、蛋白稳态失衡等关键变化，并证实异染色质标记H3K9me3减少是核糖体异常激活的重要原因。团队进一步通过临床随机对照试验证明，短期口服雷帕霉素可显著改善高龄患者的胚胎质量和临床妊娠率。该研究不仅揭示了核糖体失调作为卵巢衰老的新生物标志物，还为年龄相关性不孕提供了靶向干预策略，具有重要临床转化价值。

　　

随着女性年龄增长，生育能力显著下降，尤其是35岁后卵巢功能加速衰退，成为辅助生殖领域的重要挑战。年龄相关性不孕的主要原因是卵母细胞质量下降，导致胚胎非整倍体率升高和发育停滞，但其分子机制尚未完全阐明。传统研究多聚焦于染色体分离错误、线粒体功能障碍等因素，而对卵母细胞及其周围卵丘细胞的协同衰老机制缺乏系统认知。

为解决这一问题，南开大学刘林教授团队联合多家临床中心，在《Cell Reports Medicine》发表了题为“Ribosome dysregulation and intervention in age-related infertility”的研究。该研究通过单细胞转录组、DNA甲基化组和染色质修饰分析，首次揭示核糖体功能失调是卵巢衰老的核心特征，并创新性地提出雷帕霉素可通过恢复蛋白稳态改善高龄女性生育结局。

研究团队主要运用以下关键技术：

1. 1.
   单细胞RNA测序分析人卵母细胞和卵丘细胞的年龄相关性转录组变化；
2. 2.
   低输入量全基因组甲基化测序检测表观遗传修饰动态；
3. 3.
   CUT&Tag技术解析H3K9me3异染色质在基因组范围的分布；
4. 4.
   雷帕霉素干预的随机对照临床试验评估其对胚胎发育和妊娠结局的影响。

研究结果

1. 年龄相关的卵母细胞和卵丘细胞转录组变化

通过对23-48岁女性捐赠的71个卵母细胞和114个卵丘细胞进行单细胞转录组测序，发现34岁是基因表达谱的临界点。在≥34岁组中，卵母细胞有253个基因上调（包括核糖体基因RPS15、RPL36等），517个基因下调（涉及减数分裂、着丝粒功能等）。卵丘细胞的变化更为显著，2,181个基因下调（溶酶体、蛋白酶体通路），396个基因上调（核糖体、糖酵解通路）。独立数据集验证了核糖体通路在衰老卵母细胞中的富集。

2. 卵丘细胞中核糖体失调和蛋白稳态破坏

核仁面积增大、rRNA含量增加提示核糖体生物合成增强。衰老卵丘细胞中mTOR磷酸化水平升高，自噬标志物LC3-II减少，蛋白质合成速率加快。同时，溶酶体活性下降，蛋白聚积物增多，表明蛋白稳态失衡。雷帕霉素和放线菌酮处理可逆转衰老相关β-半乳糖苷酶活性升高。

3. 卵母细胞和卵丘细胞的年龄相关DNA甲基化动态

卵母细胞中衰老相关差异甲基化区域富集于cAMP、催产素信号通路，且核糖体基因RPS15启动子低甲基化与其表达上调相关。卵丘细胞中核糖体基因启动子和基因体甲基化水平随年龄下降，逆转录转座子LINE1表达升高且邻近核糖体基因位点。

4. 核糖体失调与异染色质改变

H3K9me3在衰老卵丘细胞中全局丰度降低，年轻特异性H3K9me3峰富集于核糖体生物合成相关基因（如rRNA加工调控基因），其信号在老年组减弱。H3K9me3抑制剂chaetocin处理可上调RPS19、RPL22等核糖体基因表达，证实异染色质减少直接导致核糖体基因过度转录。

5. 雷帕霉素干预改善生殖衰老

在老年小鼠模型中，0.5μM雷帕霉素抑制卵丘细胞p-S6/p-4EBP1磷酸化，降低活性氧水平，改善卵母细胞纺锤体组装异常。临床试验中，100名反复IVF失败的高龄女性随机分组，雷帕霉素组（1mg/天，21-28天）的优质胚胎率和囊胚形成率显著提升（优质胚胎中位数：2.0 vs. 1.0），且移植第5天囊胚的临床妊娠率较对照组提高3.58倍（27.5% vs. 7.7%）。

结论与意义

本研究首次提出核糖体转录亢进和蛋白稳态失衡是卵巢衰老的关键驱动力，并发现H3K9me3缺失通过表观遗传调控加剧这一过程。雷帕霉素短期干预通过抑制mTOR通路恢复翻译平衡，为年龄相关性不孕提供了靶向治疗策略。该研究不仅深化了对生殖衰老分子机制的理解，更将基础研究发现快速转化至临床实践，为高龄女性生育力保护开辟了新途径。