生理氧张力调控人卵母细胞-卵丘细胞复合体代谢：提升体外成熟效率的新视角

《Journal of Ovarian Research》：Effects of physiological oxygen tension on human cumulus-oocyte-complex metabolism during in vitro maturation: an exploratory study

本研究针对体外成熟(IVM)技术中氧张力影响卵母细胞发育潜能的关键问题，通过比较5%(生理)与20%(大气)氧浓度下人卵丘-卵母细胞复合体(COC)的代谢差异，发现低氧环境通过促进脂肪酸氧化等替代能量途径显著提升ATP生成效率，为优化IVM培养体系、提高多囊卵巢综合征(PCOS)患者生育成功率提供了重要代谢调控靶点。

　　

在辅助生殖技术领域，体外成熟(IVM)技术因其患者友好性而备受关注，特别适用于多囊卵巢综合征(PCOS)患者。与传统卵巢刺激(COS)相比，IVM无需长时间外源性促性腺激素刺激，避免了排卵触发环节。然而，尽管双相IVM系统通过添加C型利钠肽(CNP)的预成熟阶段显著提升了卵母细胞成熟率，其累积活产率仍低于COS，提示现有培养体系存在优化空间。

一个关键瓶颈在于体外培养环境与体内生理条件的差异——特别是氧张力。人体卵泡内氧浓度仅为2-9%，而常规IVM却在20%大气氧下进行，这种超生理氧浓度可能扰乱能量代谢平衡并诱发氧化应激。前期小鼠研究表明，5%氧浓度能优化卵丘-卵母细胞复合体(COC)代谢状态，但这一现象在人类细胞中是否成立尚未可知。

为此，Anckaert团队在《Journal of Ovarian Research》发表的最新研究中，首次揭示了生理氧张力对人类COC能量代谢的重编程作用。研究人员从21名非PCOS高反应性卵子捐赠者中收集239个COC，采用同胞卵母细胞对照设计，分别置于5%与20%氧浓度下进行24小时预IVM培养，通过多组学技术解析代谢特征。

关键技术方法包括：海马能量代谢分析仪(Seahorse Analyzer)实时监测ATP生成途径与线粒体功能；生化法检测细胞内ATP浓度；培养液葡萄糖/乳酸代谢谱分析；共聚焦显微镜评估卵母细胞线粒体膜电位(JC-1)、活性氧(CellROX)和谷胱甘肽(mBCI)水平。所有样本来源于未刺激或最小刺激周期获取的<10mm卵泡。

实时代谢分析显示20%氧组线粒体呼吸贡献率(43±5%)显著高于5%氧组(27±10%，p=0.021)，最大呼吸容量同步升高(p<0.001)，但矛盾的是其ATP浓度(50.3±17.9 nmol/μg)反而低于5%氧组(75.2±32.7 nmol/μg，p=0.019)，提示高氧环境下存在代谢效率损耗。

氧化应激指标中，活性氧呈现升高趋势(p=0.059)但未达显著水平，线粒体膜电位与谷胱甘肽水平无组间差异，排除线粒体功能损伤主导的可能性。

培养液代谢物分析揭示两组葡萄糖消耗量无差异，但5%氧组乳酸产量(0.06±0.03 mmol/L/COC)显著高于20%氧组(0.04±0.03 mmol/L/COC，p=0.014)，而氨基酸代谢变化未超出检测误差范围。

这些发现共同指向一个代谢重构现象：低氧环境通过激活脂肪酸氧化等替代途径提升ATP产出，此推论基于脂肪酸氧化的ATP产率约为葡萄糖代谢的3倍，且符合"安静胚胎"理论——较低代谢活性伴随更高能量效率往往预示更好发育潜能。

研究结论强调，生理氧张力通过代谢重编程优化能量平衡，而大气氧则诱发"高耗低效"的代谢状态。尽管临床结局数据尚未获得，该发现为IVM体系优化提供了关键靶点：未来需同步调整培养液成分（如补充脂肪酸），避免卵母细胞固有脂质储备耗竭。特别对PCOS患者（常伴代谢异常），个性化氧张力调控可能带来更大收益。

这项研究首次在人类COC中证实氧张力对预IVM阶段代谢命运的塑造作用，为推进IVM技术向临床标准化应用迈出关键一步。通过模拟体内代谢微环境，有望最终实现IVM与COS相媲美的临床结局，为生殖医学提供更安全、高效的治疗选择。