- 爱之晶：卵母细胞的成熟
- 发布时间：2022-09-09 17:29:55
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卵母细胞的成熟
卵母细胞的发育成熟伴随着排卵过程的发生，卵母细胞的成熟包括减数分裂的恢复和细胞质的成熟。从卵泡形成以来,卵泡可产生卵母细胞成熟抑制剂维持减数分裂停滞状态，从卵泡内环境中移出的卵母细胞会在培养过程中自发恢复减数分裂。而减数分裂抑制需要周围颗粒细胞的介导。尽管卵母细胞成熟抑制剂的全部生化性质仍然是个谜，但在小鼠模型中的实验已经发现许多下游介质负责控制减数分裂阻滞。与体细胞一样，卵母细胞的细胞周期是由现在称为周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶的蛋白质水平和活性的变化控制的。在生物测定中，促成熟因子(maturation promotingfactorMPF)被定义为诱导减数分裂恢复的活性蛋白之一。将MPF通过显微注射人卵母细胞可导致减数分裂的恢复。进一步研究发现MPF是两种蛋白质的异二聚体:cyclinB和CDK1MPF存在于发育成熟的卵母细胞中。但在排卵期LH高峰之前，其活性受到cAMP和cGMP的抑制。卵丘细胞通过跨膜鸟苷酰环化酶NPR2与来自壁颗粒细胞的配体C型钠尿肽结合而产生cGMP的，cGMP通过间隙连接从卵丘细胞持续进人卵母细胞，一旦进人卵母细胞，cGMP抑制卵母细胞cAMP磷酸二酯酶3A(PDE3A),防止卵母细胞来源的cAMP 水平的下降。卵母细胞中大多数cAMP是由卵母细胞质膜上的活性受体GPR3产生的。GPR3与刺激性G蛋白Gs偶联,激活腺苷酸环化酶,导致cAMP的持续产生。Gpr3敲除的小鼠的卵母细胞不能产生cAMP，因此其发生不依赖于LH的减数分裂恢复。卵母细胞中稳定的cAMP水平是细胞膜上腺苷酸环化酶产生的cAMP和细胞质PDE3A降解活性cAMP平衡的结果。卵母细胞来源的cAMP 通过刺激cAMP依赖性蛋白激酶(cAMP-dependent protein kinase, PKA)的活性维持减数分裂阻滞。PKA至少磷酸化三种不同的蛋白质WEE1BMYT1和 CDC25B,从而抑制MPF活性并防止减数分裂恢复。颗粒细胞来源的cGMP阻断卵母细胞 PDE3A 活性，以及Gs 复合体产生的cAMP 激活 PKA以维持MPF 处于非活性状态，卵母细胞的减数分裂则不能恢复。1.减数分裂的恢复月经中期的LH峰在成熟窦卵泡中启动一系列事件，导致MPF 的激活和减数分裂细胞周期的恢复。当生发泡由于核层的破坏而破裂时，卵母细胞核逐渐成熟并逐渐进入减数分裂I期，随着细胞质的暴露，染色质浓缩，微管组织中心凝聚,然后聚集在纺锤体的两极。由肌动蛋白介导的细胞质流牵引纺锤体向皮层运动，随着含有卵母细胞一半染色体的第一极体的排出,第一次减数分裂完成。减数分裂细胞周期立即进人减数分裂Ⅱ期，然后在此阶段被阻滞;卵母细胞现在被称为次级卵母细胞或中期Ⅱ-阻滞卵(MⅡ期)。在排卵过程中，直到卵子从卵泡物理释放之前，减数分裂停滞在MⅡ期，直到受精第二次减数分裂才会恢复，并排出第二极体。调节卵泡细胞和卵母细胞内cGMP和cAMP水平的细胞因子正是调节减数分裂的关键因素。月经中期LH 峰介导的Gs耦合 LH受体刺激卵泡细胞的Gs活化，并通过卵泡细胞跨膜腺苷酸环化产生cAMP。此cAMP随后激活转录因子，如cAMP-应答元件结合蛋白1(cAMP response element binding protein1CREB1)和cAMP-应答元件调节剂(cAMP response element modulatorCREM)，这些转录因子诱导或抑制在卵母细胞成熟和排卵期间调节卵泡细胞功能的特定基因的转录。LH诱导的Gs活化还引起颗粒细胞鸟苷酰环化酶NPR2的脱磷酸化，从而降低其酶活性。颗粒细胞中cGMP水平的急剧降低使得cGMP能够快速地通过间隙连接从卵母细胞扩散出去，导致卵母细胞cGMP急剧下降。更低的卵母细胞cGMP水平不再足以使PDE3A失活，因此这种磷酸二酯酶变得活跃，破坏cAMP，导致抑制MPF诱导减数分裂成熟所需的PKA活性的损失。LH高峰之后随即发生卵母细胞和卵丘细胞之间缝隙连接的闭合。LH诱导的缝隙连接闭合部分通过壁层颗粒细胞合成和释放的表皮生长因子受体(EGFR)蛋蛋介促进间隙接闭合所必需的 EGFR母细成熟的旁分泌因子。例如,卵泡膜细胞分泌胰岛素样生长因子3，它可激活在卵母细胞质膜上表达的抑制性G蛋白(Gi)偶联受体RXFP2(也称为LGR8)，减少卵母细胞cAMP的产生。在低等生物中有明显的证据表明类固醇激素是诱导卵母细胞成熟的原因。但在哺乳动物中类固醇可能参与诱导减数分裂成熟,但抑制卵泡类固醇的产生或作用并不能阻止LH诱导的减数分裂的恢复，因此类固醇可能不是减数分裂恢复这一过程的必需物质。LH峰除了触发卵母细胞 MPF 活性的改变外，还诱导卵母细胞中储存的母体mRNA的翻译。卵泡发育过程中这些母体 mRNA 与翻译装置一直处于隔离状态，直到减数分裂恢复才开始翻译表达。丝氨酸-苏氨酸激酶(serine/threonine kinase,STK)是这些新翻译的 mRNA编码的蛋白之一，是一类细胞抑制因子的生物活性组成部分，因其通过显微注射到活跃分裂的细胞时会诱导卵母细胞中期阻滞而命名。MOS 间接激活MAPK,在减数分裂 MⅡ中抑制卵母细胞减数分裂发挥部分作用。MOS缺乏的小鼠生育力显著降低,卵母细胞在减数分裂MⅡ不能阻滞，在没有受精的情况下，小鼠卵母细胞继续分裂，从而形成畸胎瘤随着充足的MOS 产生,卵母细胞停滞在第二次减数分裂中期直至受精。受精时的钙振荡。引起细胞周期蛋白破坏和MOS蛋白降解，从而导致第二次减数分裂的恢复和第二极体的排出。此外,现已发现在从甾脂醇到胆固醇的生物合成途径中，C294,4-二甲基甾醇中间体家族可诱导卵母细胞恢复减数分裂状态。从人卵泡液中提取的一种甾醇4,4-二甲基-5a胆固醇-814,24-三烯-3β-醇被发现是减数分裂激活物质(follicular fluid meiosis-activating substance,FF-MAS)。从牛睾丸中分离到的44-二甲基-5a-胆固醇-824-二烯-3β-醇相关化合物,被命名为T-MAS。这些化合物是由Cyp51基因编码的P45014a-脱甲基酶合成催化甾脂醇形成的。在排卵前卵泡液中，FF-MAS和T-MAS以微摩尔浓度存在:FF-MAS为1.6um，T-MAS约为其的1/2。FF-MAS和TMAS在成熟卵泡中的累积可能与其合成增加以及在后续步骤中抑制胆固醇合成有关。据报道，促性腺激素可导致啮齿动物卵巢中Cyp51基因表达增加数倍，促进 MAS形成。另外，排卵前期卵泡液中较高浓度的孕酮会阻碍卵泡发育后期胆固醇的合成。从而导致FF-MAS 和T-MAS的累积。将FF-MAS灌注到啮齿动物卵巢后，可诱导卵丘细胞成熟而卵母细胞缺失或卵母细胞不成熟。然而，使用多种甾醇合成抑制剂的实验(包括阻断14a-去甲基酶的药物和抑制MAS代谢酶的药物)产生了矛盾的结果。14a-脱甲基酶抑制剂阻断了啮齿动物在促性腺激素刺激下的减数分裂，而阻断 MAS 代谢的药物通常导致卵丘内卵母细胞的生发泡破裂。因此，FF-MAS和T-MAS 在卵母细胞成熟过程中的生理作用和药理作用仍然是不确定的。部分体外卵母细胞成熟相关的研究表明，这些化合物可通过刺激卵母细胞向减数分裂MⅡ期进展或提高卵母细胞的存活率而发挥作用,但不影响卵母细胞成熟。2.细胞质成熟细胞质成熟也发生在LH高峰之后,与核成熟相比,其形态变化不明显,但对于卵子的激活和着床前胚胎发育至关重要。在超微结构水平上，随着内质网、线粒体和皮质颗粒向卵母细胞皮质运动,卵母细胞细胞器的分布在此过程发生巨大变化。细胞器的运动由微管和微丝介导，并且依赖于细胞质网格的存在。当线粒体移动到皮层时，它们聚集在纺锤体周围,但在极体释放过程中，它们向卵母细胞导向的纺锤体极移动,因此大部分仍留在卵母细胞中。高尔基复合体断裂，解释了成熟卵母细胞合成新蛋白质能力的广泛下降。随着染色质向皮质区域的移动，卵母细胞变得高度不对称。随着皮质区域肌动蛋白增厚覆盖在MⅡ中期的纺锤体上肌动蛋白骨架发生改变。与富含微绒毛的卵母细胞质膜的其他部分不同,质膜的这一区域没有微绒毛。这种微绒毛的缺失可能减少精子进入减数分裂MⅡ纺锤体区域的机会,潜在地干扰减数分裂的正常进展。质膜金属锌是在许多细胞蛋白质(如锌指转录因子和金属酶)中起结构和催化作用的基本元素。在减数分裂成熟期间通过质膜锌转运体吸收锌发生广泛的锌积累，卵母细胞锌含量总体增加约50%。在减数分裂MI阻滞时，生发泡完整的卵母细胞通过干扰锌结合蛋白FBXO43(以前称为EMI2)的功能,导致细胞中有效锌的减少引起减数分裂的恢复，并导致皮质重组的异常和细胞极性降低。介导卵母细胞中锌储存的机制尚未被阐明，但可能涉及在亚细胞器中的隔离机制。在分子水平上,细胞质成熟伴随着特定休眠的母体mRNAs的募集，这些mRNAs被翻译成蛋白质。在啮齿动物中，这些新募集的mRNA包括MOS 组织纤溶酶原激活剂和肌醇1.4,5-三磷酸1型受体(inositol1,4,5-trisphosphate receptor type1ITPR1)。如上所述，MOS转录本的mRNA的翻译对于阻断细胞周期进展到减数分裂MⅡ期至关重要。小鼠的研究表明IP3R-I蛋白随卵母细胞成熟过程中的表达增加可提高卵子钙振荡的能力，在卵子的减数分裂激活过程中发挥重要作用。而组织纤溶酶原激活剂的作用尚待单明。母体mRNAs募集的分子机制是胞质的多聚腺苷酸化。mRNAs的3’端的非翻译区中的特异性核苷酸序列，被称为胞质多聚腺苷酸化元件，指导这些mRNAs结合多聚尾[poly(A)]聚合酶和poly-(A)的添加。调节该过程的蛋白质包括细胞质多腺苷酸结合元件蛋白1(cytoplasmic polyadenylation element-bindingprotein1CPEB1)和DAZL。多聚腺苷酸化导致特定母体mRNAs与多聚体的结合，mRNAs的翻译，从而增加编码蛋白的水平。胞质蛋白的翻译后修饰也发生在卵母细胞成熟过程中。例如，微管在从减数分裂MI过渡到MⅡ期间发生乙酰化。微管乙酰化对于细胞器的正确定位和运动是必不可少的，可能通过影响微管蛋白和细胞质网格之间的相互作用来实现。细胞质蛋白的磷酸化和去磷酸化，特别是那些参与调节细胞周期的蛋白，是细胞质成熟的必要条件。
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