转录组学揭示：颗粒细胞对小鼠卵母细胞成熟及胚胎发育的关键作用

为探究卵母细胞胞质成熟机制，研究人员对比培养小鼠卵母细胞，发现颗粒细胞影响其成熟与胚胎发育。

　　在生命的奇妙旅程中，卵母细胞的成熟是开启新生命的关键一步，它就像一把精准的钥匙，只有顺利完成核成熟与胞质成熟，才能成功解锁后续的受精和胚胎发育过程。然而，现实中并非所有的卵母细胞都能完美成熟。在体外成熟（IVM）过程里，没有颗粒细胞陪伴的卵母细胞即便完成了核成熟，胞质成熟却常常出现 “掉队” 的情况，这直接导致它们的受精率大打折扣，胚胎发育潜力也严重受限。但究竟是哪些基因、哪些信号通路在其中 “捣鬼”，影响了卵母细胞的胞质成熟呢？这就像隐藏在黑暗中的谜题，亟待科学家们去揭开谜底。

为了找到答案，来自广州医科大学附属第三医院广东省重大产科疾病重点实验室、北京大学第三医院生殖医学中心等多个机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在了《BMC Genomics》杂志上，为我们理解卵母细胞的成熟机制带来了新的曙光。

研究人员开展这项研究时，用到了几个关键技术方法。他们从 6 - 8 周龄的 ICR 小鼠获取卵母细胞，分为体内成熟（IVO）组、含颗粒细胞的卵丘 - 卵母细胞复合体（COC）体外成熟组和去除颗粒细胞的裸卵（DO）体外成熟组。通过 Smart - seq2 技术对卵母细胞进行转录组测序，利用基因集富集分析（GSEA）、差异表达基因（DEGs）分析等方法，挖掘不同成熟状态卵母细胞的基因表达差异及相关信号通路。

下面我们来详细看看研究结果：

1. 颗粒细胞缺失影响卵母细胞核与胞质成熟：研究人员将完全生长的生发泡（GV）期卵母细胞分别在有（COC）、无（DO）颗粒细胞的环境下进行体外成熟培养，并与体内成熟（IVO）的卵母细胞作对比。结果发现，DO 组卵母细胞排出第一极体（PB1）和发生生发泡破裂（GVBD）的比例显著低于 COC 组和 IVO 组，这表明颗粒细胞缺失会降低卵母细胞的核成熟率。在评估成熟卵母细胞的胞质成熟度时，发现 DO 组卵母细胞的活性氧（ROS）水平显著升高，线粒体密度降低，皮质颗粒（CGs）分布异常的细胞比例增加，整体呈现出胞质成熟缺陷的状态。这一系列结果充分说明，颗粒细胞对于卵母细胞的核成熟和胞质成熟都至关重要。
2. 成熟与未成熟胞质卵母细胞转录谱不同：运用 Smart - seq2 技术对 IVO、COC 和 DO 组成熟核卵母细胞进行转录组分析。研究人员挑选了 13 条与卵母细胞胞质成熟密切相关的信号通路，计算每个卵母细胞的胞质成熟评分。结果显示，DO 组卵母细胞在大多数正相关通路中的富集分数最低，在负相关通路中分数最高，进一步证实了其胞质成熟缺陷。对比成熟组（IVO 和 COC 样本）和未成熟组（DO 样本）卵母细胞，发现了 870 个差异表达基因（DEGs）。这些 DEGs 主要富集在卵母细胞成熟、代谢、细胞器相关和胚胎发育等通路，表明未成熟胞质导致的基因表达失调可能会损害胚胎发育等后续生物学过程。
3. 未成熟胞质卵母细胞无法储备发育所需 mRNA：完全生长的 GV 期卵母细胞在转录上处于沉默状态，需要储备足够的 mRNA 用于后续的发育过程。基因集富集分析（GSEA）发现，在未成熟组卵母细胞中，有丝分裂 DNA 复制、tRNA 甲基化和有丝分裂纺锤体极等与早期胚胎发育密切相关的通路表达下调，这意味着未成熟卵母细胞未能成功储备足够的 mRNA，从而无法为后续的发育做好充分准备，这在一定程度上解释了它们较低的受精率和发育潜力。
4. 未成熟胞质卵母细胞阶段特异性高表达基因异常影响受精和胚胎发育：研究人员将未成熟组和成熟组的差异表达基因（DEGs）与小鼠每个植入前阶段的高表达基因进行比较。发现许多 DEGs 在不同阶段高表达，其中在 MII 期卵母细胞中高表达的 130 个 DEGs 主要参与卵母细胞受精的调控。例如，透明带蛋白 ZP1、ZP2 和 ZP3 在未成熟组中高表达，而编码钙调神经磷酸酶 α 亚基的 Ppp3ca 基因则下调。推测未成熟卵母细胞的细胞质钙水平可能无法正常维持，进而影响受精过程中的透明带反应。此外，在 8 - 细胞期和内细胞团（ICM）阶段高表达的 DEGs 分别富集在细胞功能和胚胎发育的关键通路中，如基因表达调控、能量产生等，表明卵母细胞胞质成熟过程中的基因表达异常可能通过干扰关键调控基因和信号通路，影响后续的受精和胚胎发育。

在研究结论与讨论部分，研究人员指出，颗粒细胞在卵母细胞的核成熟和胞质成熟过程中起着不可或缺的作用。未成熟胞质卵母细胞的基因表达异常与受精和胚胎发育的潜在缺陷密切相关。这项研究不仅让我们更深入地理解了卵母细胞成熟过程中异常现象对后续发育的影响，还为改善辅助生殖技术（ART）的成功率提供了新的思路。例如，通过关注卵母细胞的胞质成熟状态，优化体外培养条件，有望提高 ART 的成功率，为众多渴望新生命的家庭带来希望。但目前研究还存在一些局限性，比如体外成熟培养基的差异可能影响基因表达，研究模型与临床实践存在差异等，这些都需要后续进一步深入研究。总之，这项研究为生殖医学领域的发展奠定了重要基础，照亮了未来研究的方向。