SIRT3介导CPT2去乳酰化增强山羊卵泡颗粒细胞线粒体功能与增殖的分子机制

本研究针对山羊繁殖效率低下的关键问题，揭示了SIRT3通过去乳酰化修饰稳定CPT2蛋白，进而激活β-catenin/CCND1通路促进颗粒细胞增殖的新机制。研究人员通过基因干预、免疫共沉淀等技术证实，SIRT3-CPT2轴可显著改善线粒体脂肪酸β-氧化(FAO)和动力学，为提升反刍动物卵泡发育提供了全新靶点。该成果发表于《Journal of Animal Science and Biotechnology》，对畜牧业育种具有重要应用价值。

　　

在畜牧业中，山羊的繁殖效率直接影响经济效益，而排卵率低是制约其产羔数的关键瓶颈。卵泡的健康发育依赖于颗粒细胞(GCs)的持续增殖，这一过程需要大量能量支持，线粒体作为细胞能量工厂发挥着核心作用。然而，关于线粒体质量调控如何影响山羊卵泡发育的分子机制尚不明确，特别是表观遗传修饰是否参与其中仍是未解之谜。

西南大学动物科学技术学院的研究团队发现，小卵泡中的颗粒细胞具有更强的增殖能力和更高的SIRT3表达。SIRT3作为线粒体去乙酰化酶，已知能调控多种代谢途径，但其是否通过新型翻译后修饰——赖氨酸乳酰化(K-Lac)影响GCs功能尚未见报道。研究人员通过基因过表达和干扰实验证实，SIRT3可显著提升GCs的增殖标志物PCNA表达，降低凋亡相关蛋白BAX/Caspase3水平，同时增强线粒体抗氧化酶(SOD2、CAT)活性和动力学蛋白(OPA1、MFN2)表达。

研究采用免疫共沉淀-质谱联用技术(IP-MS)筛选出242个SIRT3互作蛋白，其中30个定位于线粒体，包括脂肪酸β-氧化关键酶CPT2。深入机制研究表明：

1. SIRT3直接结合CPT2并催化其去乳酰化，延长蛋白半衰期

2. 蛋白酶体抑制剂MG132可逆转CPT2降解，证实其通过泛素-蛋白酶体途径被清除

3. CPT2过表达促进脂肪酸β-氧化基因(ACOX1、ACADS)上调，同时激活β-catenin/CCND1增殖信号轴

4. SIRT3抑制剂3-TYP可阻断上述效应，证实SIRT3-CPT2级联反应的调控依赖性

主要技术方法包括：从20只大足黑山羊卵巢中分离不同直径卵泡的GCs进行原代培养；构建SIRT3/CPT2过表达质粒和siRNA转染；通过EdU染色、流式细胞术分析细胞周期；采用ROS检测试剂盒测定氧化应激水平；利用亚细胞组分分离技术分析蛋白定位；结合CHX追踪实验和蛋白酶体/溶酶体抑制剂处理评估蛋白稳定性。

SIRT3在颗粒细胞线粒体中的功能调控

线粒体提取实验显示SIRT3主要定位于线粒体基质。过表达SIRT3使线粒体生物发生关键因子TFAM表达提升2.1倍，同时使融合蛋白OPA1和裂变蛋白DRP1同步增加，表明其能协调线粒体形态重塑。

CPT2乳酰化修饰的动态调节

免疫沉淀实验首次揭示SIRT3介导CPT2去乳酰化的直接证据。3-TYP处理使CPT2乳酰化水平升高3.5倍，同时伴随β-catenin信号抑制，证实表观调控与增殖通路的因果关系。

β-catenin/CCND1通路的激活机制

Western blot显示小卵泡GCs中β-catenin蛋白含量是大卵泡的2.3倍。CPT2过表达使CCND1上调1.8倍，而SIRT3抑制则完全阻断该效应，说明该通路是SIRT3-CPT2轴的下游执行者。

这项研究创新性地揭示了乳酰化修饰在山羊繁殖生物学中的重要作用，阐明了SIRT3通过"去乳酰化-蛋白稳定-代谢重编程"三位一体的调控网络促进卵泡发育的机制。不仅为改善山羊繁殖性能提供了新靶点，也为人类卵巢功能衰退等生殖障碍疾病的治疗策略提供了进化保守性线索。团队发现的SIRT3-CPT2-β-catenin调控轴，突破了传统认知中代谢酶与增殖信号通路间的界限，为表观代谢调控研究开辟了新视角。