甲羟戊酸代谢物通过小G蛋白异戊二烯化提升老化卵母细胞质量

研究团队针对哺乳动物卵巢衰老导致的卵母细胞质量下降问题，通过靶向代谢组学和功能实验揭示甲羟戊酸(MVA)代谢通路异常是重要诱因。研究发现补充MVA或其下游代谢物法尼基焦磷酸(FPP)可促进颗粒细胞(GCs)向老化卵母细胞转运FPP，增强CDC42/RAC1异戊二烯化(prenylation)，重建皮质F-肌动蛋白(F-actin)网络，显著降低非整倍体率。从淫羊藿中鉴定的天然化合物8-异戊烯基黄酮(8-IPF)展现出类似MVA的促生育效果，为临床干预生殖衰老提供了新策略。

　　

随着女性生育年龄的推迟，卵巢衰老引发的生育力下降已成为生殖医学领域的重要挑战。哺乳动物卵巢是最早出现衰老相关功能衰退的器官之一，主要表现为卵母细胞数量减少和质量下降。其中，老化卵母细胞皮质F-肌动蛋白(F-actin)组装异常和染色体分离错误导致的非整倍体(aneuploidy)增加，是造成胚胎发育潜能降低的关键因素。虽然已有研究尝试通过抗氧化剂、生长激素等干预措施改善卵母细胞质量，但临床效果有限。甲羟戊酸(mevalonate, MVA)通路作为胆固醇合成和超过50,000种萜类化合物的代谢枢纽，在细胞周期调控中发挥重要作用，但其在卵母细胞衰老中的具体机制尚不清楚。

在这项发表于《Nature Aging》的研究中，Chuanming Liu、Huidan Zhang等研究者系统揭示了MVA代谢物通过调控小G蛋白异戊二烯化改善老化卵母细胞质量的分子机制。研究团队首先发现老化卵母细胞皮质F-actin和Arp2/3复合体表达显著降低，伴随MVA通路代谢物(MVA、FPP和GGPP)水平下降。通过靶向代谢组学分析10月龄小鼠MI期卵母细胞，证实其MVA含量降低30%，FPP和GGPP分别减少59%和56%。体外实验显示，补充50μM MVA可使老化卵母细胞皮质F-actin荧光强度提升6.3倍，极体排出率(PBE)从81.2%提高至95.1%，非整倍体率由38.9%降至16.7%。机制研究表明，MVA通过激活颗粒细胞中法尼基焦磷酸合成酶(FDPS)的表达促进FPP合成，转运至卵母细胞后增强CDC42/RAC1的异戊二烯化修饰，促进CDC42-N-WASP-Arp2/3和RAC1-WAVE2-Arp2/3复合体膜定位，从而重建皮质F-actin网络。

研究采用的主要技术包括：1) 基于LC-MS/MS的靶向代谢组学分析卵母细胞MVA通路代谢物；2) 炔烃标记法尼醇(alk-FOH)示踪技术结合CuAAC反应检测FPP转运；3) 免疫共沉淀验证CDC42/RAC1与Arp2/3复合体的相互作用；4) 显微注射显性负突变体(CDC42-C188Y/RAC1-C189Y)研究蛋白异戊二烯化功能；5) 9.5月龄小鼠模型评估8-异戊烯基黄酮(8-IPF)的体内疗效。

研究结果部分的重要发现包括：

1. 1.

   老化卵母细胞皮质F-actin分布减少与MVA通路代谢物水平降低

   通过免疫荧光和Western blot证实10月龄小鼠卵母细胞皮质F-actin和Arp3表达量仅为年轻组的20%。靶向代谢组学显示老化卵母细胞MVA、FPP和GGPP含量显著降低。使用MVA通路抑制剂阿托伐他汀处理年轻卵母细胞可模拟老化表型。

1. 1.

   MVA通过颗粒细胞促进老化卵母细胞皮质F-actin组装

   补充MVA可使老化卵母细胞Arp3表达恢复至年轻水平，非整倍体率降低57%。去颗粒细胞的裸卵(DOs)对MVA无响应，证实颗粒细胞的媒介作用。体内实验显示MVA处理使9月龄小鼠排卵数增加118%，胚胎囊胚形成率提高53.8%。

2. 2.

   MVA激活颗粒细胞FPP代谢通路

   RNA-seq分析发现MVA显著上调颗粒细胞中MVK、PMVK、FDPS等FPP合成关键酶表达2-4倍。炔烃标记实验证实FPP可通过缝隙连接从颗粒细胞转运至卵母细胞。

3. 3.

   FPP通过CDC42/RAC1异戊二烯化促进皮质F-actin组装

   蛋白质组学鉴定出140种异戊二烯化蛋白，包括12个肌动蛋白调控相关蛋白。CDC42/RAC1的C端CaaX基序异戊二烯化修饰促进其膜定位，激活Arp2/3复合体。显性负突变体实验证实异戊二烯化缺失会导致皮质F-actin组装障碍。

4. 4.

   8-IPF改善卵巢储备和卵母细胞质量

   从淫羊藿中分离的8-异戊烯基黄酮(8-IPF)可模拟MVA作用，使老化小鼠次级卵泡数增加171%，妊娠率从57.1%提升至85.7%，平均产仔数从2.0增至6.3。

研究结论指出，MVA代谢通路异常是卵巢衰老的重要特征，颗粒细胞-卵母细胞代谢偶联失调导致FPP供应不足，进而通过CDC42/RAC1异戊二烯化缺陷引发皮质F-actin组装障碍和染色体分离错误。该研究不仅阐明了代谢调控卵母细胞衰老的新机制，更重要的是发现了8-IPF这一可口服的天然化合物作为潜在治疗药物，为临床改善高龄女性生育力提供了全新干预策略。目前研究者已在南京鼓楼医院开展相关临床试验(NCT05788822)，评估MVA通路调节对人类卵母细胞非整倍体率的改善效果。