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在哺乳动物中，卵泡闭锁机制及卵母细胞退化的分子机制尚不明晰。研究人员针对羊闭锁卵泡，开展卵母细胞转录组和卵泡液蛋白质组研究。结果发现了相关关键基因、蛋白及信号通路，这为分析卵泡闭锁机制、建立卵母细胞质量评估体系提供了重要参考。
在哺乳动物的生殖世界里，卵巢如同一个神秘的 “魔法盒子”，卵泡则是其中的 “魔法精灵”，它们的发育状况直接影响着雌性的生育能力。在卵泡的发育旅程中，大多数卵泡会经历一种被称为闭锁（follicular atresia）的退化过程，只有少数幸运儿能走向成熟和排卵。然而，长期以来，卵母细胞在这个退化过程中的分子变化机制，以及卵泡闭锁的关键蛋白标记，就像隐藏在重重迷雾中的谜题，让科研人员困惑不已。对于羊等家畜而言，了解卵泡闭锁机制和卵母细胞质量调控更是关乎畜牧业的发展。因为优质的卵母细胞是提高家畜繁殖效率、培育优良品种的关键，所以揭开这些谜题迫在眉睫。
为了攻克这些难题，内蒙古农业大学的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为我们打开了一扇了解卵泡闭锁和卵母细胞退化机制的新窗口。
研究人员主要运用了单细胞 RNA 测序（single-cell RNA sequencing）和串联质谱标签蛋白质组学（tandem mass tag proteomics）技术。在样本采集方面，他们从当地屠宰场获取自然发情绵羊的卵巢，收集卵泡中的卵母细胞（oocyte）和卵泡液（follicular fluid，FF） 。
研究结果如下：
- 羊卵母细胞不同发育阶段的 Smart-seq2 分析：运用 Smart-seq2 技术，研究人员对健康和闭锁卵泡的卵母细胞进行转录组分析。通过对 122 个卵母细胞样本的研究，发现不同发育阶段的卵泡能明显区分开，这表明卵母细胞转录组水平可反映其生理状态。
- 健康与闭锁卵泡卵母细胞转录模式比较：研究人员找出 4022 个差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）。其中，闭锁卵泡中下调的基因与维持卵母细胞稳态相关；而健康卵泡中上调的基因主要涉及 RNA 加工、翻译等过程 。此外，还发现减数分裂相关基因、母源效应基因等在不同卵泡阶段的表达差异。
- 闭锁卵泡与不同窦卵泡阶段卵母细胞转录组特征比较：结合已发表数据，研究人员发现闭锁卵泡阶段有独特的基因表达模式。同时，还鉴定出 1190 个差异表达基因，这些基因与铁死亡（ferroptosis）、氧化磷酸化等功能通路相关，揭示了卵母细胞在闭锁卵泡阶段的特殊变化。
- 未成熟与体外成熟卵母细胞转录组谱及分子特征比较：通过与已发表的体外成熟（In Vitro Matured，IVM）羊卵母细胞 RNA-seq 数据集对比，发现不同成熟阶段的卵母细胞有明显的基因表达差异。而且，不同阶段的差异表达基因分别富集在不同的生物学过程，如细胞死亡、神经活性配体 - 受体相互作用等，这对了解卵母细胞成熟机制意义重大。
- 闭锁卵泡卵母细胞阶段特异性标志基因和分泌蛋白编码基因：研究人员发现 175 个与卵泡发育和卵母细胞质量相关的闭锁特异性基因。此外，还鉴定出一些卵母细胞分泌因子（oocyte-secreted factors，OSFs），它们可能作为卵泡闭锁的生物标志物，为后续研究提供了重要线索。
- 健康与闭锁卵泡卵泡液的蛋白质组学分析：对卵泡液进行蛋白质组分析，共鉴定出 963 种蛋白质。主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）显示健康和闭锁卵泡的蛋白质表达谱有明显差异，还筛选出 728 个差异表达蛋白（differentially expressed proteins，DEPs） ，这些蛋白与多种信号通路和生物学过程相关。
- 健康与闭锁卵泡闭锁相关变化的蛋白质组和转录组数据比较：整合蛋白质组和转录组数据，找到 23 个候选标记。其中，PGK1 作为潜在的闭锁卵泡生物标志物备受关注，其在卵母细胞中高表达，在卵巢体细胞中低表达。同时，验证了铁死亡相关基因和闭锁特异性生物标志物的表达，进一步证实了铁死亡在卵母细胞退化中的作用。
在讨论部分，研究人员深入探讨了研究结果的意义。他们发现闭锁卵泡阶段的卵母细胞存在独特的转录调控，与健康卵泡相比有显著的基因表达变化。例如，TUT4 和 ANGPT2 在闭锁卵泡阶段高表达，前者参与 mRNA uridylation 影响卵母细胞转录本降解，后者则在血管生成中发挥作用，影响卵泡闭锁和卵母细胞成熟 。同时，研究揭示了卵母细胞铁死亡的相关机制，如 ACSL4、TF 和 FTH1 等基因在铁代谢和脂质过氧化中的作用，为卵母细胞发育研究提供了新的视角。此外，研究提出的阶段特异性标志基因和候选生物标志物，对评估卵母细胞质量和预测卵泡发育潜力具有重要价值。像 MYC、PDGFB 等基因在卵母细胞发育中起着关键作用，深入研究它们有助于揭示哺乳动物卵母细胞成熟的机制，提高体外成熟效率。
总的来说，这项研究成功揭示了羊闭锁卵泡中卵母细胞转录机制和卵泡液蛋白质变化，为分析卵泡闭锁机制和建立卵母细胞质量评估体系提供了关键参考，对辅助生殖技术的发展和畜牧业的繁殖效率提升具有重要意义，也为后续相关研究奠定了坚实基础。
