人类卵巢颗粒细胞中 BMP15 下游通路的全局分析揭示了与原发性卵巢功能不全相关的新遗传变异

《Maturitas》:Global downstream BMP15 pathway analysis in human ovarian granulosa cells reveals novel genetic variations associated with primary ovarian insufficiency

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月23日 来源:Maturitas 4.2

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   摘要目标原发性卵巢功能不全(POI)是一种具有明确遗传成分的生育障碍,但许多病例仍属特发性。根据人群和诊断标准不同,约 1.5–12% 的 POI 患者携带 BMP15 基因变异。我们假设卵巢颗粒细胞(GCs)中 BMP15 活性下游通路内的遗传变异可能有助于解释不明原因的

  

摘要

目标

原发性卵巢功能不全(POI)是一种具有明确遗传成分的生育障碍,但许多病例仍属特发性。根据人群和诊断标准不同,约 1.5–12% 的 POI 患者携带 BMP15 基因变异。我们假设卵巢颗粒细胞(GCs)中 BMP15 活性下游通路内的遗传变异可能有助于解释不明原因的 POI。本研究的主要目标是鉴定在 GCs 中由 BMP15 诱导的基因中与 POI 相关的新变异。

研究设计

用人重组 BMP15 刺激人 GCs 原代培养物。微阵列分析描绘了 GCs 中 BMP15 诱导的转录组。通过 qPCR 和免疫印迹进行验证。此外,对 64 名早发 POI 女性进行差异表达基因的目标外显子组测序,以寻找新变异。

主要结局指标

BMP15 刺激的人 GCs 转录组图谱,以及早发 POI 女性的目标外显子组测序。

结果

转录组分析显示 19 个基因显著上调(p < 0.05)。这些基因的本体分析收敛于两个主要通路:TGF-beta 信号传导和干细胞多能性调节。目标外显子组测序在 64 名早发 POI 女性中的 9 名(14%)中,鉴定出 5 个 BMP15 诱导基因(SAMD11, SMAD6, ID1, USP35, GPCR137C)中的 6 个新罕见变异。

结论

BMP15 在卵巢 GCs 中的作用定义了卵巢卵泡中的 TGF-beta 信号传导和多能性命运。此外,本研究揭示了 POI 发病机理的新潜在候选基因。

引言

原发性卵巢功能不全(POI)以 40 岁前卵巢功能障碍为特征,导致高促性腺激素性性腺功能减退症,伴有严重低雌激素血症和血清促性腺激素升高。POI 表现广泛,从卵巢发育不全和原发性闭经到青春期后继发性闭经 [1]。最近的一项 meta 分析估计其全球患病率为 3.5% [2]。POI 病因高度异质,遗传缺陷显著占不明原因病例的 60% 以上 [3], [4]。在遗传原因中,骨形态发生蛋白 15(BMP15)基因已在几种动物模型中进行了广泛研究,包括实验模型和自然发生突变 [5], [6], [7],强调了其在调节不同哺乳动物物种生育力方面保守且关键的作用 [8], [9], [10], [11]。此外,BMP15 基因变异与人类 POI 发展之间的关联已得到确立 [12], [13], [14]。
BMP15 基因位于 X 染色体(Xp11.22)上,编码属于 TGF-beta 超家族的生长和分化因子。它主要由卵母细胞表达,但其 mRNA 也已在卵丘细胞中检测到 [15], [16]。BMP15 特异性作用于体细胞卵巢颗粒细胞(GCs),调节增殖和分化 [17]。
体外 studies using isolated GCs and cumulus-oocyte complexes have demonstrated that BMP15 promotes early follicular growth by stimulating Kit Ligand expression, thereby exhibiting mitotic activity [18]. Recent studies in immortalized non-luteinized human GCs, showed that BMP15 can further enhance follicular growth and ovulation by inducing FSHR expression [19]. In antral follicles of bovine and porcine species, BMP15 exhibits a dose-dependent protective role against cumulus cell apoptosis by regulating the expression of both pro-survival and pro-apoptotic genes [20], [21]. Additionally, BMP15 knockdown significantly affects both porcine GCs and oocytes development, including suppression of cell proliferation and differentiation [11]. In mouse early stage preantral follicles, Bmp15 activates Bmpr1b and leads to increased expression of Id transcription factors and Smad6/7, which is associated with inhibiting growth and promoting follicular degeneration. However, when GDF9 factor is present, BMP15's effect changes: instead of promoting atresia, it significantly enhances follicle growth [10]. These findings collectively indicate that the effects of BMP15 on follicular development are intricately regulated, exhibit stage-specificity, and show functional differences between species [22], highlighting the complexity of its role in regulating ovarian follicle development.
尽管 BMP15 在人类卵巢卵泡发生中发挥基础旁分泌作用,但BMP15 基因内已知的遗传改变只能解释少数 POI 病例,患病率在 1.5 到 12% 之间变化 [23], [24], [25],取决于考虑的人群和使用研究标准。POI 的高遗传异质性进一步限制了对其遗传景观的解读,这导致下一代测序(NGS)经常识别意义不明确的变异,使得候选基因优先级排序具有挑战性。同时,BMP15 信号在人类 GCs 中的下游效应因子在很大程度上仍未被表征。为了解决这些局限性,我们假设 GCs 中 BMP15 诱导基因内的遗传扰动可能有助于 POI 发病机理。为验证这一假设,我们首先通过对 BMP15 刺激的人 GCs 进行微阵列基因表达分析来寻找这些基因,然后通过对 POI 女性进行目标外显子组测序分析所得的差异表达基因(DEGs)。

章节片段

研究批准

IRCCS Istituto Auxologico Italiano 机构伦理委员会批准了研究方案(BIOEFFECT, No. 05M101_2014)。所有研究参与者提供了书面知情同意书参与研究。方案遵循了《赫尔辛基宣言》的建议。

用于微阵列的人 GCs 收集

共建立了五个人类 GCs 原代独立培养物。每个培养物来源于在超声引导下卵母细胞取回过程中收集的汇集卵泡液(FFs)来自一个

结果

本研究分析了 BMP15 刺激后人类 GCs 的转录组变化。在不同时间点比较了 BMP15 处理组和未处理组样本,以识别作为潜在 POI 候选者的 DEGs。然后使用目标外显子组测序在早发 POI 患者队列中筛选这些基因的变异。

讨论

卵母细胞分泌的生长因子 BMP15 在创造支持卵泡选择和生长的环境中发挥关键作用。过去 20 年的遗传学研究表明,BMP15 突变占特发性 POI 病例的 1.2–12% [23],但许多仍属不明原因。约一半患者仍缺乏遗传诊断,突显了识别额外致病基因的必要性,以改善遗传咨询并更好地表征复杂的卵巢调节

贡献者

Raffaella Rossetti 贡献了概念化、资金获取、方法学、人类 GCs 培养、微阵列分析、下一代测序、验证、可视化、写作 – 原稿、写作 – 审查 & 编辑。
Marco Fornili 贡献了微阵列生物统计分析、写作 – 审查 & 编辑。
Silvia Moleri 贡献了 Sanger 测序、验证、可视化、写作 – 审查 & 编辑。
Ilaria Ferrari 贡献了 qPCR 分析。
Davide Gentilini

伦理批准

IRCCS Istituto Auxologio Italiano 机构伦理委员会批准了研究方案(BIOEFFECT, No. 05M101_2014)。所有研究参与者提供了书面知情同意书参与研究。研究中应用的所有方法均按照批准的指南进行。

来源和同行评审

本文未受委托,并经过外部同行评审。

资金

本工作得到了 意大利卫生部:Ricerca Finalizzata(赠款编号 GR-2011-02351636)和 Ricerca Corrente 的支持。

竞争利益声明

作者声明他们没有竞争利益。
Raffaella Rossetti|Marco Fornili|Silvia Moleri|Ilaria Ferrari|Davide Gentilini|Erika Carbone|Alessio Paffoni|Edgardo Somigliana|Elia Biganzoli|Anna Marozzi|Francesco Brancati|Costanzo Moretti|Cristina Giuliani|Luca Persani
内分泌和代谢疾病系,意大利 Auxologico Italiano 研究所 IRCCS,米兰,意大利
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