综述：MicroRNAs作为生殖功能的调控因子：从配子发生到妊娠

《Journal of Developmental Biology》：MicroRNAs as Regulators of Reproductive Function: From Gametogenesis to Pregnancy

　　

转录活性的调控构成了不同组织和细胞类型中细胞功能的主要控制层面。这一调控性转录景观主要由表观遗传机制主导，包括DNA和组蛋白修饰、表观遗传"写入者"和"擦除者"的动态活性，以及微小RNA（microRNAs，miRNAs）等小型调控分子的影响。miRNA是一类小的非编码RNA分子，在转录和转录后基因调控中发挥关键作用。通过调节转录因子、激酶和其他调控蛋白的表达，miRNA对细胞过程实施严格的控制并维持稳态。鉴于生殖生物学对精确细胞协调的基本需求，miRNA已成为生殖功能的关键调控因子。它们参与生殖过程的多个阶段，从卵巢功能到妊娠的建立和维持，从而影响不同物种的生育结局。在这篇综述中，研究人员总结了关于miRNA在关键生殖事件中作用的最新进展，包括配子发生、卵母细胞成熟、胚胎基因组激活（embryonic genome activation，EGA）、早期胚胎发育、着床和妊娠。研究人员旨在概述参与维持生殖功能和生育力的主要miRNA及其分子靶点和调控网络（已知情况下）。基于本综述，研究人员得出结论，尽管它们在临床和/或农业应用中的潜力仍不确定，但其在调控细胞生物学基本方面（特别是生殖过程）中的作用正变得越来越清晰。

2. miRNAs在发育与生殖生物学中的全局作用

一般而言，miRNA参与基本的细胞过程，包括细胞生长、分化和程序性死亡。由于这些广泛的调控效应，miRNA影响全身许多生理和病理过程。miRNA最关键的作用之一体现在发育过程中，尤其是在生殖生物学领域。大量研究表明，缺乏miRNA表达的动物无法正常存活或繁殖。通过对果蝇和小鼠进行DICER敲低来全局破坏miRNA通路，会导致胚胎致死、广泛异常的器官形态以及干细胞群体的显著耗竭。胚胎干细胞分化是器官和器官系统发育的核心事件，受到miRNA的强烈调控。在小鼠中，虽然DICER缺失并不阻止胚胎干细胞集落的形成，但会严重损害其分化能力并导致显著的细胞形态缺陷。

除了干细胞调控之外，miRNA在哺乳动物生殖发育的多个阶段都发挥着关键作用，包括性别分化、配子发生、受精、胚胎基因组激活与早期胚胎发育、着床、胚层特化以及妊娠。这共同强调了miRNA在调控正常发育和生殖成功中的核心且多方面的作用。

尽管miRNA至关重要，但关于特定miRNA在哺乳动物生殖过程中的具体基因靶点和精确功能，目前所知相对有限。因此，本综述总结了当前关于miRNA在生殖中作用的部分证据，具体涵盖从配子发生到早期胚胎发育和妊娠的过程，既突出了它们的发育重要性，也指出了需要进一步研究的关键领域。

3. miRNAs在雄性配子发生与精子功能中的作用

精子发生是雄性生育所必需的过程，涉及睾丸中未成熟的生殖细胞经历有丝分裂和减数分裂，随后分化形成成熟、能动的精子。此过程受内分泌系统和局部自分泌调节的共同调控。此外，精子发生不仅依赖于蛋白质编码基因的严格调控和阶段特异性表达，还依赖于包括miRNA在内的多种非编码RNA。为了阐明miRNA在精子发生中的作用，研究探索了miRNA的表达模式并将其与编码参与精子发育、结构、运动和代谢的蛋白质的靶基因表达相关联。一个特别重要的miRNA家族——miR-34/449，已被证明在正常睾丸功能、成功精子发生以及精子成熟和功能的调控中起着关键作用。临床研究进一步支持了miR-34家族成员在男性生育力中的重要性。越来越多的证据表明，受精时存在的精子miRNA也可能影响后代未来的健康和发育。父系运动可以通过改变精子miRNA表达谱来影响后代的心血管代谢健康。

4. miRNAs在卵子发生、卵泡发生与卵母细胞成熟中的作用

卵子发生是雌性在卵巢内产生雌性配子的发育过程。成功的卵子发生对于产生具有发育能力的卵母细胞至关重要。研究调查了miRNA在卵泡环境（包括卵丘细胞、卵泡液和卵母细胞）中的作用。例如，miR-378被证明可影响猪卵母细胞的体外成熟，其过表达会损害卵丘扩展并抑制卵母细胞成熟。同样，miR-27a-3p通过直接抑制CYP19A1来调控绵羊颗粒细胞中的雌二醇合成。miR-21主要通过卵丘细胞调控小鼠卵母细胞成熟。miR-101通过靶向透明质酸合酶2来调节卵母细胞成熟。miRNA还通过调节颗粒细胞增殖、卵泡发育和卵泡闭锁来调控卵泡发生的多个方面。miR-181a通过靶向激活素受体IIA负向调节颗粒细胞增殖。miR-184通过诱导SMAD3表达促进卵泡发育并发挥抗闭锁效应。miR-26b在卵泡闭锁期间上调，并通过直接靶向ATM基因促进颗粒细胞凋亡。此外，miRNA还影响卵巢储备和卵泡优势化。

5. miRNAs在胚胎基因组激活与早期发育中的作用

胚胎基因组激活（EGA）是受精后发生的关键发育过程，在此期间胚胎从依赖母源沉积的转录本转变为启动自身的转录程序。在此转变过程中，母源信使清除是必要步骤，而miRNA被认为在其中发挥重要调控作用。在牛胚胎中，一些研究报告miRNA的相对丰度在8细胞期增加，对应于预期的EGA时间窗口。然而，其他报告显示miRNA分子机制存在于整个植入前发育阶段。通过DGCR8敲低破坏miRNA生物合成会显著降低胚胎miRNA表达，阻断桑椹胚向囊胚的转变。在猪中，miR-21的抑制会影响随后的胚胎发育。miR-155的抑制可通过下调P53和TNF-α增强猪胚胎的植入前发育。对体内和体外来源的牛胚胎在囊胚形成和孵化阶段的细胞外囊泡进行比较研究发现，体内胚胎表现出更高的发育能力，其囊泡富含与着床和细胞谱系特化相关的miRNA，而体外胚胎则含有更高水平的应激和凋亡相关miRNA。

6. miRNAs在胚胎着床与妊娠中的作用

研究表明，子宫内膜会对胚胎的细胞外囊泡miRNA货物做出反应，从而导致可行或不可行的妊娠。含有miRNA的分泌型细胞外囊泡可以介导胚胎、子宫和黄体之间的通讯。miR-124-3p已被证明通过降低子宫容受性对着床产生负面影响。相反，来自输卵管液的miR-17-5p与胚胎发育呈正相关。在猪中，循环miRNA在胚胎-母体通讯中发挥重要作用，血清中miRNA丰度在怀孕和非怀孕动物之间存在差异。ssc-miR-125b与产仔数呈正相关。在妊娠期间，miRNA被描述在子痫前期中发挥作用，例如miR-210可作为子痫前期的潜在早期生物标志物。总体而言，将miRNA与胚胎-子宫通讯、着床和妊娠维持相关联的研究进一步强化了miRNA在生殖生物学中的重要性。

7. 悬而未决的问题与未来展望

根据本综述的结果，miRNA作为极具前景的调控分子出现，在诊断应用以及在关键生殖过程中通过特定靶点调节转录活性方面具有巨大潜力。然而，关于单个miRNA的精确基因靶点和阶段特异性功能仍存在相当大的知识空白。目前对miRNA功能的大部分理解源于表达谱分析和生物信息学预测，亟需开展功能性研究。另一个重要的考虑因素是如何将日益增长的知识转化为实际应用。尽管制药和生物技术领域进行了重大投资，但miRNA疗法仍处于相对早期的开发阶段，仅有少数进入临床试验且无一进入III期。这表明在充分理解miRNA的多方面作用并将其转化为安全有效的临床应用之前，仍有大量工作要做。

8. 结论

miRNA在细胞增殖、分化和凋亡等基本细胞过程中发挥着关键作用。更具体地说，它们深度参与生殖生物学，调控从配子发生到妊娠建立的多个发育阶段。尽管在理解miRNA功能方面取得了相当大的进展，但它们目前最大的价值可能在于作为研究工具而非直接的临床应用。然而，miRNA调控的复杂性意味着在将其可靠应用于畜牧生产、生殖技术或临床环境之前，仍有诸多问题有待阐明。