南京大学孙海翔/丁利军/苏俊团队合作揭示靶向颗粒细胞甲羟戊酸代谢通路提高衰老卵子质量的机制

当前我国人口出生率急剧下降，总量连续负增长。更为严峻的是，女性生育年龄不断延迟。女性生育力随年龄增加而降低，尤其 35 岁以后呈现“陡坡式”下滑，其大幅增加不孕率、子代出生缺陷率。因此，破解女性生殖衰老机制，促进生育力提升已成为国家战略的迫切需求，但目前临床上尚缺乏有效的治疗方案。

南京大学孙海翔/丁利军团队、上海交通大学卞迁团队、南京医科大学李朝军团队2023年合作揭示颗粒细胞甲羟戊酸（MVA）代谢通路是调控卵母细胞减数分裂进程的关键因素，而伴随年龄增长颗粒细胞MVA通路整体性异常降低是衰老卵母细胞减数分裂缺陷和非整倍体增加的重要原因。2025年8月26日，南京大学医学院附属鼓楼医院生殖医学中心孙海翔教授/丁利军研究员团队，联合北京生命科学研究所苏俊研究员团队进一步系统阐明了颗粒细胞通过缝隙链接把MVA通路关键产物法尼基焦磷酸（FPP）传递至卵母细胞，继而异戊二烯化修饰卵母细胞小GTP酶、促进卵母细胞减数分裂进程的详细机制，提出了靶向性干预卵周颗粒细胞、有效提升衰老卵母细胞质量的新策略。

研究团队最初建立了靶向MVA代谢通路的代谢组学分析平台，实现了在微量细胞（10个卵母细胞/1000个颗粒细胞）水平检测MVA代谢通路相关代谢物，发现衰老卵母细胞中MVA、FPP和香叶基香叶基焦磷酸（GGPP）含量显著降低。在衰老小鼠卵丘-卵母细胞复合体（COCs）成熟培养基中添加MVA，能够有效改善衰老雌鼠COCs来源卵母细胞的减数分裂进程，显著降低卵子的非整倍体率。进一步给予高龄（9月龄）雌鼠体内注射MVA一个月后，实验组雌鼠卵巢指数和各级卵泡数量显著增加，超数排卵获得的卵母细胞减数分裂缺陷率和卵子非整倍体率显著降低，表明MVA补充能够有效提升高龄雌鼠的卵巢储备功能和卵母细胞质量。

为了研究MVA添加提升衰老卵母细胞质量机制，研究团队分别收集了MVA处理后的卵母细胞及其周围颗粒细胞进行微量细胞转录组配对测序和靶向代谢组学分析，结果显示MVA通过激活颗粒细胞FPP合成通路，促进卵母细胞减数分裂相关基因的表达。已知FPP作为MVA途径的关键代谢中间产物，在法尼基转移酶的作用下可将法尼基转移到末端含有CAAX序列的蛋白上，发生异戊二烯化修饰，促使这些蛋白定位于细胞质膜或者细胞器膜，参与信号转导。进一步，课题组在衰老COCs中补充法尼醇（FOH，细胞摄取后代谢为FPP），结果显示FOH亦可显著改善衰老卵母细胞减数分裂缺陷、降低卵子非整倍体率。更为重要的是，采用法尼基转移酶抑制剂FTI-277抑制FPP介导的异戊二烯化修饰，能够有效阻断FOH对衰老卵母细胞减数分裂缺陷的改善作用，揭示FPP通过异戊二烯化修饰调控卵母细胞的减数分裂进程。

图2：颗粒细胞通过缝隙连接（GJA1通道）传递FPP（FITC通道）至卵母细胞

为了明确FPP调控卵母细胞减数分裂的详细机制，研究团队合成了炔基化FOH探针（alk-FOH）并进行点击化学反应荧光示踪，发现卵母细胞本身无法摄取FOH，而颗粒细胞能够主动摄取FOH并将代谢物传递给卵母细胞。此外，研究团队在颗粒细胞与卵母细胞的缝隙连接捕捉到FOH荧光信号，证实颗粒细胞与卵母细胞间存在MVA代谢物的偶联（图2）。进一步，研究团队通过点击化学反应联合质谱分析（LC-MS/MS）实验鉴定出140种异戊二烯化修饰蛋白，KEGG功能富集分析显示其中12个蛋白（包括CDC42、RAC1等）参与调控肌动蛋白和细胞骨架的组装。CDC42和RAC1 作为经典小GTP酶家族成员，其在卵母细胞皮质F-肌动蛋白（F-actin）极性建立的过程中发挥关键作用。研究团队发现第一次减数分裂中期（MI）衰老卵母细胞CDC42和RAC1无法正常定位于皮质区，导致卵母细胞F-actin组装异常。而MVA和FOH补充均能促进CDC42和RAC1在衰老卵母细胞中重新定位至皮质区，重组装F-actin，且其改善作用可被 FTI-277 所抑制。免疫共沉淀实验继而证实，FPP通过异戊二烯化修饰促进CDC42-N-WASP-Arp2/3和RAC1-WAVE2-Arp2/3复合物的形成，调控卵母细胞F- actin组装和减数分裂进程（图3）。

图3：MVA调控卵母细胞F-actin组装机制图

尽管MVA能改善高龄雌鼠卵母细胞的质量，但目前临床上尚缺乏MVA相关的药物。研究团队筛选了上市和临床前相关药物，并评估其提升MVA通路关键酶及异戊二烯化修饰的潜能，发现含有一个异戊烯基侧链的中药单体8-异戊二烯基黄酮（8-IPF）能够激活MVA通路并增强衰老卵母细胞的异戊二烯化修饰水平。体内实验进一步证实8-IPF显著改善高龄雌性小鼠卵巢储备，降低卵母细胞减数分裂缺陷率和卵子非整倍体率。更为重要的是，与正常公鼠交配后，8-IPF处理雌鼠可以获得更多的健康后代（国家发明专利申请号：2023115339544）。此外，8-IPF可以口服，半衰期相对较短、安全性高，其有望成为改善高龄女性生育力的新希望。

该成果以“甲羟戊酸代谢物通过异戊二烯化修饰小GTP酶显著提高衰老卵母细胞质量（Mevalonate metabolites boost aged oocyte quality through small GTPases prenylation）”为题发表于Nature Aging期刊。南京大学医学院附属鼓楼医院生殖医学中心特聘副研究员刘传明、博士后张慧丹、南京中医药大学硕士生毛嘉莲、南京医科大学生殖医学与后代健康国家重点实验室博士生张赛男为该论文共同第一作者。南京大学医学院附属鼓楼医院生殖医学中心丁利军研究员、孙海翔教授，北京生命科学研究所苏俊研究员为论文共同通讯作者。南京大学化学和生物医药创新研究院谢然研究员、潘惠杰研究员，浙江大学生命科学研究院叶存奇研究员，南京大学医学院附属鼓楼医院生殖与妇产医学中心胡娅莉教授、颜桂军教授为本研究提供了重要帮助。