《Animal Reproduction Science》：Effects of the Androstenedione–
MSMO1 axis on Proliferation, Apoptosis, and Steroid Hormone Synthesis and Secretion in Porcine Granulosa Cells
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该研究通过比较高与低繁殖性能母猪的卵巢代谢组，发现脱氢表雄酮（ASD）代谢异常与繁殖性能相关。体外实验证实ASD通过ASD-MSMO1轴调控颗粒细胞增殖、激素合成及抑制凋亡，涉及TGF-β、AMPK、Hippo等多条信号通路，揭示了ASD双向调节机制对繁殖性能的影响。
雷毅|刘静文|陈文武|肖兰琳|陈博赫|刘晓琳|刘彩红|徐欣|傅先创|刘瑞富|马海明
湖南农业大学动物科学技术学院，中国长沙，邮编410128
摘要
卵泡发育的质量是影响雌性家畜繁殖性能的主要因素，其受颗粒细胞（GCs）功能状态的控制。雄烯二酮（ASD）是一种关键的类固醇前体，在卵巢内通过多种途径转化为雌激素和雄激素，具有多种生物学作用。然而，它对颗粒细胞的直接调控作用及其对母猪生育能力的影响尚未得到充分研究。通过比较高繁殖性能和低繁殖性能母猪的卵巢代谢组，我们发现了差异性丰富的代谢物，并将ASD确定为机制研究的重点。随后，我们在体外系统地研究了ASD在猪颗粒细胞中的功能，并利用转录组学和基因过表达技术验证了相关机制。我们的数据支持一种模型，即ASD通过ASD-MSMO1轴发挥作用，可能参与TGF-β、AMPK、p53、Hedgehog、Apelin、FoxO和Hippo信号通路的多层调控，促进颗粒细胞增殖，增强雌激素和孕酮的合成与分泌，并抑制细胞凋亡。这些发现为提高雌性家畜的生育能力提供了机制上的见解和可行的策略。
引言
在猪的繁殖计划中，母猪的繁殖性能是一个关键指标，与卵泡发育密切相关（Xu等人，2025年；Xu等人，2023年）。卵巢卵泡是卵巢的基本功能单位，其正常发育依赖于卵母细胞与卵巢体细胞之间的紧密协调（Shao等人，2022年；Zhou等人，2024年）。颗粒细胞（GCs）是围绕卵母细胞的关键细胞群体，它们的增殖和分化驱动卵泡生长，而过度凋亡会导致卵泡闭锁（Li等人，2021年；Li等人，2022年；Wu等人，2024年）。除了滋养卵母细胞和介导双向信号传递外，GCs还参与类固醇的生物合成和内分泌功能，分泌雌二醇（E?）和孕酮（Pg），这对雌性哺乳动物的生育能力至关重要（Eppig，2018年；Herbison，2020年；Li等人，2024年）。因此，阐明GC增殖、凋亡和激素分泌的分子机制有望揭示可调控的因子，从而提高雌性家畜的繁殖效率并改善女性的生殖健康。
雄烯二酮（ASD）由卵巢卵泡膜细胞产生，是一种关键的类固醇生成中间体，其代谢命运决定了卵泡微环境中多种类固醇的平衡（Petrov等人，2009年）。通过不同的酶促途径，ASD可以转化为雌激素或雄激素，因此被认为是卵泡发育的核心调节因子（Petrov等人，2009年）。在生理水平上，ASD通过多种分子机制促进卵泡发育：雄激素受体（AR）信号通路促进小窦状卵泡的募集，并增强颗粒细胞对促卵泡激素的敏感性（Chen等人，2015年；Gervásio等人，2014年；Lenie和Smitz，2009年）；同时，AR通过PGC-1β通路调节线粒体生物发生，从而维持颗粒细胞的能量代谢（Wang等人，2015年）。在生产实践中，合理的雄激素补充可以带来可测量的繁殖效益：Guo等人报告称，给母猪施用适量的睾酮和二氢睾酮可提高排卵率并增加窝产仔数，从而提高经济效益（Guo等人，2023年）。然而，当雄激素水平超过生理范围时，会导致一系列病理变化。最明显的是多囊卵巢综合征（PCOS）相关表型的出现，其特征为卵泡发育停滞、颗粒细胞增殖减少和凋亡增加（Azziz等人，2016年；Bienenfeld等人，2019年；Li等人，2025年；Walters，2015年）。在体外实验中，过量的ASD会导致牛卵巢中的颗粒细胞功能障碍，表现为细胞内ASD积累、增殖标志物Proliferating Cell Nuclear Antigen（PCNA）下调以及Anti-Mullerian hormone（AMH）和Catenin Beta Interacting Protein 1（CTNNBIP1）上调，最终导致颗粒细胞周期停滞（McFee等人，2021年）。总体而言，这些研究表明激素作用具有双向性，但关键阈值和调控机制仍不清楚。明确ASD在卵泡发育过程中的生理作用窗口并确定相关的信号通路对于优化家畜繁殖管理和阐明PCOS的病理机制具有重要意义。
家猪在生理和发育方面与人类有显著的一致性，使其成为生殖研究的宝贵生物医学模型，可以在很大程度上减少样本获取和人类受试者伦理方面的限制（Cai等人，2024年；Lunney等人，2021年；Yi等人，2025年）。我们首先对高繁殖性能（HRP）和低繁殖性能（LRP）母猪的卵巢进行了代谢组比较，发现ASD的失调与繁殖性能的变化之间存在密切关联。在此基础上，我们建立了猪颗粒细胞（PGC）的体外模型，并通过剂量梯度实验确定了ASD的生理有效范围。通过整合转录组学数据，我们绘制了PGC中ASD响应的全局基因表达图谱，重点研究了Methylsterol Monooxygenase 1（MSMO1）基因，发现ASD下调MSMO1的表达，并通过多种信号通路促进颗粒细胞增殖和类固醇激素的产生，同时抑制细胞凋亡。这些发现建立了ASD-MSMO1调控轴，为解释雄激素剂量-反应的倒U形曲线提供了分子依据，明确了操作剂量窗口和潜在的干预靶点，为优化猪的繁殖性能和阐明PCOS的病理机制提供了实用见解。
伦理声明
本研究中的所有动物实验均获得了湖南农业大学动物护理和使用委员会的批准（中国长沙；批准编号：CACAHU-20240501）。本研究严格遵循ARRIVE指南进行。
动物
根据过去四次分娩的平均窝产仔数，选择12头体重和背脂厚度相似的健康大白猪，将其分为高繁殖性能组（HRP，15.00 ± 0.50）和低繁殖性能组（LRP）
HRP和LRP母猪血清激素差异及卵巢非靶向代谢组数据概述
与LRP母猪相比，HRP母猪的血清繁殖相关激素水平显著改变。ELISA结果显示，HRP母猪的血清雌二醇（E?）和孕酮（Pg）浓度显著高于LRP母猪（图1A-B）。这些发现表明HRP母猪具有更强的卵巢激素合成和分泌能力。为了阐明这一激素优势的分子基础，我们对HRP母猪的卵巢进行了非靶向代谢组分析
讨论
在本研究中，我们测量了HRP和LRP母猪的血清E?和Pg浓度，并观察到LRP母猪的类固醇激素调节异常。先前的研究表明，卵巢类固醇激素对繁殖和健康至关重要，其失调与流产、不孕症和抑郁等多种疾病相关（Avis等人，2015年；Britt等人，2002年；Chiang等人，2017年）。因此，我们假设类固醇激素
结论
总之，我们的研究揭示了PGC中以ASD-MSMO1负反馈轴为中心的双向机制：ASD促进PGC功能，同时通过反馈抑制抑制MSMO1的表达；相反，MSMO1的过表达抑制PGC功能并部分抵消ASD的刺激作用，但不会完全消除其效果。这一机制为提高雌性家畜的繁殖性能和阐明PCOS的发病机制提供了新的见解。
伦理批准
本研究中的所有动物实验均获得了中国湖南省长沙湖南农业大学的机构动物护理和使用委员会的批准，批准编号为CACAHU 20240501。
资助
本研究得到了生物育种国家科技重大项目的支持（项目编号：2023ZD0404605）。
CRediT作者贡献声明
刘瑞富：实验研究。雷毅：撰写 – 原稿撰写、方法学设计、数据整理。马海明：撰写 – 审稿与编辑、概念框架。陈博赫：数据分析。肖兰琳：数据分析。陈文武：数据整理。刘静文：数据整理。傅先创：实验研究。徐欣：实验研究。刘彩红：数据分析。刘晓琳：数据分析。
