《Journal of Ovarian Research》:Identification of ferroptosis- and mitochondrial metabolism-related biomarkers and the potential molecular mechanisms of poor ovarian response
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为破解 POR 诊断困局,Cai 等整合铁死亡与线粒体代谢基因,锁定 PLA2G4B 与 PRKCG 双标志物,AUC 分别达 0.78 与 0.89,构建 nomogram 实现个体化预测,为 IVF 临床精准干预提供新靶点。
在辅助生殖实验室里,医生常把卵巢低反应(POR)比作“沉默的杀手”:促排针打了不少,超声下却只见零星卵泡,最终获卵数<4 枚,IVF 周期被迫取消。全球 15–20% 的 IVF 女性深受其害,而病因 90% 仍写满“idiopathic”。现有策略只能被动调整促排方案,却无法提前预判或逆转卵巢“罢工”。更令人焦虑的是,POR 与早发性卵巢功能不全(POI)仅一步之遥,颗粒细胞(GCs)作为卵母细胞的“保姆”,其代谢与死亡信号如何左右卵巢储备,一直是黑箱。
为回答“GCs 里究竟发生了什么”,Yunying Cai 团队把镜头对准了铁死亡(ferroptosis)与线粒体代谢这两条高度互作的通路。铁死亡是一种铁依赖、脂质过氧化驱动的程序性死亡,已在神经退行性疾病与肿瘤中被热炒,但在生殖领域尚属“冷门”。另一方面,线粒体 ROS 升高、氧化磷酸化(OXPHOS)受损早已被视为卵巢衰老的“发动机”。二者交叉点何在?能否成为 POR 的早诊靶点?带着这些疑问,研究者从云南省第一人民医院生殖中心收集了 20 例 POR 与 10 例正常对照的卵泡液 GCs,进行 RNA-seq,并另取 10 vs 10 例独立队列做 RT-qPCR 验证。
关键技术方法
临床样本:POSEIDON 标准筛选的 POR 组与同龄对照 GCs(云南省第一人民医院,KYLL2024-KY039)。
转录组:Illumina NovaSeq 6000 PE150,DESeq2 差异分析。
机器学习:LASSO + SVM-RFE 交叉筛选特征基因。
列线图:rms 包整合生物标志物与临床指标。
GSEA:MSigDB c2.cp 集合富集通路。
分子对接:CB-Dock2 预测药物-蛋白结合能。
动力学:GROMACS 2024.4 20 ns 模拟复合物稳定性。
研究结果
差异基因初筛
|log2FC|>1.5 且 P<0.05 共 127 个 POR-DEGs,其中 57 上调、70 下调;GO 显示角化细胞分化、类固醇激素合成等条目被富集,提示 GCs 出现表皮样转分化与甾体失衡。
共识聚类锁定交集
将 910 个铁死亡相关基因(FRGs)与 1234 个线粒体代谢相关基因(MMRGs)取交集得 120 个重叠基因;再用 ConsensusClusterPlus 把 POR 样本分成 2 个亚型,提取亚型间差异基因 154 个;与 127 个 POR-DEGs 二次交集,最终锁定 13 个候选 F-MM-DEGs。
机器学习筛 biomarkers
LASSO 回归在 13 个候选基因中保留 7 个,SVM-RFE 进一步挑出 2 个——PLA2G4B 与 PRKCG。ROC 曲线显示 AUC 分别为 0.78 与 0.89,提示诊断效能优异;二者在 POR 组表达均显著上调(P<0.01)。
列线图与临床验证
将两基因联合年龄、FSH、AMH 构建 nomogram,HL 检验 P=0.087,DCA 曲线高于单因素,AUC>0.7,校准曲线贴近对角线,证实模型稳健。独立 RT-qPCR 队列再次验证两基因表达趋势与测序一致。
功能与通路洞察
GSEA 显示 PLA2G4B 显著富集“类萜骨架生物合成”“移植排斥”通路;PRKCG 则与“MAPK 信号”“T 细胞受体信号”及同样“类萜骨架生物合成”相关。GeneMANIA 网络提示 P2RX1、RARA 等 20 个功能伙伴主要参与磷脂酶 A2 活性、凝血及钙信号,暗示铁死亡-炎症-甾体合成三者交叉调控。
转录与微 RNA 调控网络
NetworkAnalyst 预测 PRKCG 受 PRDM1、JUN、FOS 等 5 个 TF 及 miR-320a/c、miR-324-5p 调控;PLA2G4B 则由 PPARG、TP53、RUNX2 等 8 个 TF 控制,未找到保守 miRNA 靶点,提示二者受不同层级转录调控。
药物再定位与分子对接
DSigDB 筛选出 dirithromycin(大环内酯抗生素)对 PLA2G4B 亲和最高;PRKCG 则与 bryostatin-1(PKC 激动剂)及 enzastaurin(PKCβ 抑制剂)结合最强。CB-Dock2 显示结合能分别为 ?7.4、?5.7 与 ?10.1 kcal/mol,均5 kcal/mol,提示稳定结合。20 ns 动力学模拟表明 enzastaurin-PRKCG 复合物 RMSD 波动最小,氢键数量维持高,能量曲线平稳,证实复合物具备进一步体外验证潜力。
结论与讨论
该研究首次将铁死亡与线粒体代谢“双标签”同时贴到 POR 的 GCs 上,把 PLA2G4B 与 PRKCG 从数百个候选基因中“捞”出来,兼具高诊断精度与可药物化特征。PLA2G4B 通过催化花生四烯酸释放,可能放大脂质过氧化;PRKCG 经由 MAPK 轴调控线粒体铁稳态与 ROS 生成,二者共同推高 GCs 对铁死亡敏感性,导致卵泡闭锁加速。靶向抑制 PRKCG 的 enzastaurin 已在血液肿瘤进入 II 期临床,老药新用或可快速转化;而 dirithromycin 的免疫调节效应也为 POR 合并慢性子宫内膜炎患者提供联合干预思路。尽管样本量与蛋白水平验证仍是短板,但研究为 POR 提供了首个兼顾机制解释、个体化预测与药物选择的“一站式”框架,有望让生殖中心从“经验性促排”迈向“精准靶向干预”。