哺乳动物卵母细胞成熟相关信号通路的研究进展
哺乳动物生殖系统的分子调控机制研究
哺乳动物生殖系统的分子调控机制研究哺乳动物生殖系统的正常发育和功能受到复杂的分子调控机制的影响,包括激素、细胞因子、信号转导通路等多种因素。
这些因素参与在精子和卵子生成、排出和受精过程中,以及胚胎着床、胚胎早期发育、性成熟以及生殖周期等各个方面。
本文将重点介绍几种重要的信号通路和关键分子,在哺乳动物生殖系统中发挥重要作用的机理和研究进展。
激素调控激素是哺乳动物生殖系统中重要的调控因素,包括促性腺激素(GnRH)、促卵泡素(FSH)、黄体生成素(LH)等,在雌性和雄性生殖系统中均起到关键作用。
GnRH 是促性腺激素释放激素,是垂体前叶释放促性腺激素的重要调节因子。
GnRH 受体(GnRHR)是局部调节促性激素合成和释放的重要分子,它的表达水平与生殖周期、排卵和受孕机会等密切相关。
其中,在雌性动物中存在两种GnRHR亚型(GnRHR1 和 GnRHR2),并在卵巢和子宫等组织中表达。
目前的研究发现,GnRHR 参与了雌性生殖系统中多种重要生理过程,如卵泡发育、卵巢周期与黄体形成等。
而在雄性生殖系统中,GnRHR 在精子发生中也发挥作用。
除此之外,FSH 和 LH 是垂体前叶的两种重要的促性腺激素。
它们被释放后可以刺激卵巢和睾丸的细胞分化和成熟,从而参与生殖细胞生成和调控。
这些激素通过 G 蛋白偶联的受体介导信号传导,激活下游分子的转录因子,这些传递下来的信号通路为了研究生殖细胞发育有着重要意义。
信号转导在激素作用的基础上,细胞内外的信号传导过程也对哺乳动物生殖发育起到至关重要的作用。
其中,细胞膜上的受体包括 G 型蛋白偶联受体和酪氨酸激酶受体等,如上述的GnRHR 就属于前者。
G 型蛋白偶联受体活化后,由GTP 与其结合,从而激活腺苷酸酶(AC)、磷脂酰肌醇(PI)3-激酶、蛋白激酶C(PKC)等信号分子,最终促进生殖细胞发育。
而另一类受体-酪氨酸激酶受体,则能够启动一条tyrosine kinase(TK)的信号通路。
哺乳动物卵泡的发育及其调控机制综述-发育生物学论文-生物学论文
哺乳动物卵泡的发育及其调控机制综述-发育生物学论文-生物学论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要:哺乳动物卵泡发育研究对于辅助生殖技术的发展具有重要意义。
随着分子生物学技术的发展,哺乳动物卵泡发育研究主要放在对其调控的分子机制中。
本文重点阐述了与卵泡发育相关的激活素/抑制素作用通路、BMP/Smad信号通路以及NPPC/NPR2信号通路,以期对哺乳动物不孕发生的原因及治疗提供参考。
关键词:卵泡发育;BMP/Smad信号通路;NPPC/NPR2信号通路;调控;Research Progresses on the Molecular Mechanismsunderlying Mammalian Follicle DevelopmentAbstract:Better understanding of follicular development inmammals is the key to improve assisted reproductive technologies. With the development of molecular biology techniques, the study of mammalian follicle development mainly focuses on the molecular mechanismof its development. In this review, we summarizedthat the most important signaling pathways, including the activator/inhibin pathway, BMP/Smad signaling pathway and NPPC/NPR2 signaling pathway, which play key roles in the follicular development and provide the potential therapeutic targets to investigate the causes and treatment of infertility in mammals.Keyword:follicle development; BMP/Smad signaling pathway; NPPC/NPR2 signaling pathway;哺乳动物的繁殖需要雄性和雌性共同参与完成,进而将二者基因中优秀的部分传递给下一代,完成物种的繁衍。
哺乳动物卵母细胞体外成熟培养的研究
西
农
业
科
学
哺乳 动 物 卵母 细胞 体 外 成 熟 培 养 的研 究
王俊 全 。 守 杰 , 李 洪 伟, 魏 恒 , 娟娟 李
( 南职 业技 术 学 院 , 西 渭南 7 4 0 ) 渭 陕 1 0 0
摘 要 : 乳 动 物 卵母 细 胞 体 外 成 熟 培 养 一 直 因 素 又 表 现 在 哺 而
细 胞成 熟 发育 能力 对其 后 的受 精率 、 胚胎 卵裂 率 、 囊 胚形 成 率 均具 有 直 接 的 影 响 , 制 约 体外 生 产 是 囊 胚 率和 胚 胎移植 受 胎率 的关 键 。为 了探索 形成 大 量早 期 胚 胎所 需 的 成 熟 卵母 细胞 来 源 , 内外 国 许 多 学者 对 哺乳 动 物卵母 细胞 体外 培 养特别 是对
结构、 卵母 细胞 的获 取 等 几 个 方 面 详 细分 析 了其 对 哺乳 动 物 卵母 细 胞 体 外 培养 的影 响 , 卵母 细 为
成 物质 逐级 传 向外 层 卵丘 细胞 和外 层卵 丘 细胞合 成 物逐 级传 送给 卵母 细胞 起重 要作 用 。 弓超 通过
试 验对 牛卵 母细 胞 不 同 形式 的处 理 , 论 细 胞 问 讨
帽 状 ; 仁 内 出现 的纤 维 中心最 多 , 尚未发 生致 核 但
密 化 。到直 径 3 5 . —5mm 卵 泡 , 粒 细胞 突 起 开 颗
t nI i ,VM) 指离 体条 件 下 的卵 母 细 胞在 模 拟 体 o 是 内的生 长 环境 培养 , 其 在体 外 达 到 成 熟 。卵 母 使
四 个 方 面 : 是 卵 母 细 胞 的 超 微 结构 中 线 粒体 、 仁 、 胞 间 隙 、 质 颗 粒 等 微 结 构 的 变 化 ; 二 , 母 细 胞 获 一 核 细 皮 第 卵 取 时 卵 泡的 直径 、 卵母 细 胞 的 采 集 时期 、 卵方 法 、 采 运输 时 间 以及 卵丘 一 一 卵母 细胞 复 合 体 的 级 别 ; 三 , 第 卵母
哺乳动物小腔卵泡卵母细胞体外成熟的研究进展
起 步相 对 较 晚. 2 在 0世 纪 7 0年 代 , 者 们 大 多 以 学
啮齿动 物为研 究对 象 , P I E PG和 S S N证 明 , 鼠 UA 小 和大 鼠的腔前 卵 泡 卵母 细 胞 和小 腔 卵 泡 卵 母 细胞 在体 外 可完成其 生 长过程 , 获得 完 成成熟 分裂 和正
4月
文 章 编 号 :0 0— 3 0 2 0 ) 2— 2 7— 5 】0 2 4 ( 0 7 0 0 3 0
N ? 动物 小 腔 卵泡 卵母 细胞 体 外 成 熟 的研 究进 展 L
郑 培 栋 王 新 庄 , , 夏 霞
( . 南 农 业 大 学牧 医 工 程 学 院 , 南 郑 州 4 0 0 ; . 南 省 肉 牛 工程 研 究 中心 , 南 郑 州 4 0 0 ) 1河 河 5 02 2 河 河 5 0 3
哺乳 动物 个体 卵巢 内含 有数 以万计 的卵 泡 , 其 数 量 因发 育 阶段不 同而异 . 绝大 多数 卵泡 于出生 但 前后 退化 , 卵泡发 育过程 中的任何 阶段 均可 发生 在 闭锁 , 因而在 哺乳 动物 的一个 生殖周 期 中能够 发育 成 熟并排 卵 的卵泡 只有一 个或 几个 . 如小 鼠出生时 约有 1 万个 , 和家 畜约有 几百万 个 , 人 到初情 期 时 , 小 鼠约为 40 0个 , 羊 , 约为 1 0 绵 牛 0万 个 , 约 4 猪 0 万个 . 着胚胎 工程技 术研 究 的深入 和胚胎 移植 商 随
哺乳动物孕激素信号通路调节研究
哺乳动物孕激素信号通路调节研究哺乳动物是一类高级动物,它们在繁殖过程中受到激素信号通路的调节,其中孕激素信号通路是非常重要的一个。
孕激素信号通路调节研究是在探索哺乳动物生殖过程中,为提高繁殖效率,预防生殖疾病等方面进行的研究。
孕激素是一种由黄体细胞、胎盘和肾上腺皮质分泌的类固醇激素,主要在妊娠中发挥作用。
它们通过与孕激素受体(PR)结合,影响多种细胞的功能和基因表达。
在靶细胞内,孕激素与PR结合后形成孕激素-受体复合物,这一复合物进入细胞核与相应的DNA序列结合,从而激活或抑制特定基因的转录。
孕激素信号通路的调节研究主要包括以下几个方面。
一、孕激素的合成与代谢孕激素的合成主要发生在卵巢的黄体细胞中,而孕激素的代谢则主要通过肝脏进行。
了解孕激素的合成和代谢机制,对于理解孕激素的生物学功能以及孕激素相关疾病的预防和治疗具有重要的意义。
二、孕激素受体的结构与功能孕激素受体是孕激素信号通路中的关键分子,它能够通过与孕激素结合影响细胞内的生理过程。
针对孕激素受体在不同生理状态下的结构和功能进行研究,可以深入了解孕激素信号通路的调节机制。
三、孕激素信号通路的调节与生殖功能的调控孕激素信号通路调节对于维持正常的生殖功能和妊娠有着重要的作用。
一些研究表明,孕激素信号通路调节异常与男女不孕、乳腺癌、子宫内膜异位症等疾病的发生有关。
深入研究孕激素信号通路的调节机制,可以预防和治疗这些疾病。
四、孕激素受体靶向药物研发针对孕激素受体结构与功能的研究,科学家们正在尝试研发能够具有孕激素受体识别能力的靶向药物。
这些药物可以通过干扰孕激素信号通路的调节,实现对孕激素相关疾病的治疗。
总之,孕激素信号通路的调节研究是一项重要的研究领域,它可以为提高哺乳动物繁殖效率、预防生殖疾病等方面的问题提供重要的理论和实践基础。
而现在,科学家们正在不断深入地研究这一领域,为人类带来更多的福祉。
哺乳动物卵母细胞体外成熟培养的研究_王俊全
的影响 目前 , 国内按照 COCs 分级标准 , 通常都将 COCs 分为 4 级。 COCs 选择级别不同 , 其培养成 熟率之间存在很大差异。 P av lok 在研究中发现, 成熟率由高 到低的顺序为 A 级、 B 级、 C 级和 D 级, 实验中各组之间的差异均达到极显著水平 ( p < 0. 01) , 其中 A 级 COCs 成熟率达到 63. 81% , B 级 COCs 成熟 率达 到 47. 81% , 明显 高 于 C 级 COCs 和 D 级 COCs, C 级 COCs 仅有个别发育成 熟, D 级 COCs 未见到 发育成熟 的卵母细 胞 。 因此 , A 级和 B 级 COCs 是卵母细胞体外培养和 胚胎体外生产的主要资源。 2. 2 卵泡直径也与卵母细胞的成熟相关性 国内一些学者对牛的卵泡直径研究中发现,
从屠宰场获得的卵巢, 其保存温度具有非常 关键的作用。李兵兵以生理盐水为保存液 , 保存 时间在 4 h 左右, 研究不同卵巢保存温度对牛卵 母细胞体外成熟的影响。结果表明, 在一定时间 内, 温度控制在 20- 37 , 可以减少因温度变化 而对卵母细胞造成的损害, 提高其 成熟率[ 10] ; 在 卵巢运输时间上, 有研究证明从屠宰场取卵巢到 带回实验室收集卵母细胞的时间以 4 h 之内成熟 率最高, 时间越长 , 卵的质量越差 , 表明卵母细胞 的质量与保存时间有很大关系 [ 11] 。 2. 5 采卵方法 从屠宰场卵巢获取卵母细胞一般采用解剖或 吸取的方法。有学者将采集的卵巢分别用抽吸法 和切割法采集浅层和深层的卵母细胞 , 记录各采 集方法所得的卵母细胞数和卵母细胞质量 , 然后 进行体外成熟培养 , 结果显示两种采卵方法的采 卵效果存在明显的差异 , 用切割法采集卵母细胞 所获得的 A 级卵母细胞显著高于抽吸法 24. 8% ( P< 0. 05)
猪卵母细胞体外成熟及孤雌激活的研究
猪卵母细胞体外成熟及孤雌激活的研究猪卵母细胞体外成熟及孤雌激活的研究引言:随着现代生物科技的不断发展,人们对于动物胚胎发育过程的探索也愈发深入。
猪作为一种重要的农业畜牧业动物,其生殖发育研究对于提高繁殖效率和品种改良具有重要意义。
猪卵母细胞体外成熟及孤雌激活的研究被认为是改善猪生殖效率的关键技术之一,本文将就该研究进行探讨。
一、猪卵母细胞体外成熟的研究进展1.1 体外培养条件的优化猪卵母细胞的体外成熟需要适宜的培养基和环境条件的支持。
过去的研究中发现,添加荷尔蒙和营养因子可以促进卵母细胞的发育,但也有一些不良因素对其生成产生负面影响。
如今,研究人员通过改良培养基成分和添加植物激素等手段,成功地提高了卵母细胞的发育率和质量。
1.2 卵母细胞成熟标志物的鉴定卵母细胞的成熟状态可以通过某些标志物的表达情况进行鉴定。
近年来,研究人员发现,猪卵母细胞的成熟可以通过检测卵母细胞表面的特定蛋白、细胞器的形态及功能等进行判定。
这些标志物的鉴定为猪卵母细胞体外成熟的监测提供了依据。
1.3 卵母细胞体外成熟能力的提高提高猪卵母细胞的体外成熟能力对于提高繁殖效率具有重要意义。
研究人员通过调整培养条件、添加辅助因子等手段已取得了一定的突破。
例如,改善培养基中气相和营养物质的供应,可以促进细胞发育和成熟率的提高。
此外,添加某些荷尔蒙如促黄体生成素、卵泡刺激素等也能够提高卵母细胞的体外成熟能力。
二、孤雌激活的研究现状2.1 孤雌激活的意义孤雌激活是指在缺乏精子参与的情况下,卵母细胞可以自主地发育和分裂,从而获得新生命。
这种现象在动物界被广泛研究并被认为是生殖发展领域的一个热点。
对孤雌激活机制的深入研究不仅可以理解胚胎发育的基本过程,还有助于解决某些生殖障碍的问题。
2.2 孤雌激活的机制目前,孤雌激活的机制尚不完全清楚,但有一些重要的研究和理论已经提出。
研究发现,内质网钙离子释放和细胞质内信号通路的活化是孤雌激活的重要因素。
犬卵母细胞体外成熟的研究进展
犬 体 外 成熟 体 系与 其 它 哺乳 动 物 相 比仍 不完 善 , 这 中等组 卵母 细胞成 熟 能力 大于直 径小 组 ( 10 m) < 0 。 i 00年 研 究 发 现 ,直 径 大 于 等 于 10 2 可 能 与犬 卵母 细 胞具 有 不 同 的体 外 成 熟机 理 有 关 。 TOo 等 在 20 t
多数 报道 认 为 ,犬 卵母 细胞 成 熟 能力 与 生殖 周
期无关 。其中 , e i 和 GCW nl d DAH wt t E g n 发现 a
Z HUANL UN ONGS Z HU
Heln ] n o ra IAmma e rd cln V 1I i gl gJ u l o a n o li po u t o. l o
ol u u ・ z l
犬卵母细胞体外成 熟的研 究进展
王伦 学 , 李 力, 谷颖 东 , 徐永莉 , 张月 云 , 成坚 赵
目 , 卵母细胞体外成熟效率很低【 。据报 外 成熟 进展 的重 要 因 坷 前 犬 卜 。 道, 犬卵母细胞恢复减数分裂比例为 0 5 %, — 8 而发 在其它哺乳动物研究中发现 ,卵母细胞减数分
1 母细胞 直径 有关团 。 和卵 , ” 育至 MⅡ 比例平均为 2 %t。犬卵母 细胞体外成 裂成 熟能力 与卵泡 直径 9 期 0 熟所 采用 的 培养 液大 多借 鉴其 它 家畜 动物 ,如猪 和 目前 , wt和 E gad发 现直 径 最 大 组 ( 10 m) He i t nl n > 0
卵母细胞 多数已发生退化 ,可用于体外成熟 的卵母 最佳 选择 。 细胞数量有限。仅少数研究抽吸卵巢表面卵泡 中卵 1 供体因素 . 2
哺乳动物卵母细胞成熟相关信号通路的研究进展
粒细胞的钠尿肽受体2(NPR2)结合并激活NPR2,而 NPR2是一种鸟苷酸环化酶f13I,可促使cGMP在卵丘
颗粒细胞中积累。另外,卵母细胞除了产生自身抑
制性的cAMP,还能诱导NPR2在卵丘颗粒细胞中的
表达【1引。
1.2.2
cGMP通过抑制特异性cAMP的磷酸二酯酶
进入到细胞核。另一方面,当卵母细胞中cAMP水平
母细胞的成熟。其主要的机制是,cGMP具有抑制代 谢卵母细胞PDE3A作用,进而维持高浓度的cAMP。
向小鼠卵母细胞注射特异性PDE水解cGMP可导致
卵母细发生在PDE3A基因敲除或者PDE3活
下降而PKA活性受到抑制时,Cdc25B被转移到细胞
激酶和Cdc25B磷酸酶对MPF的直接调节,从而维持 卵母细胞减数分裂处于停滞期,即此停滞期很可能 就是通过这两条通路的协同作用来维持MPF的失活
状态。
起颗粒细胞和卵母细胞中cGMP大量的减少㈣,而卵
母细胞中cGMP的减少足以引起PDE3A的激活。LH
通过LHR引起的cGMP显著降低的机制目前还未知, 但实验的初步数据显示,NPPC mRNA受LH和卵泡 刺激素(FSH)的调控1”】,最可能的机制是LH使NPR2 失活。除此之外,另有一些间接影n向cGMP的因素,如 依赖表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)信 号网络的激活等。与LH作用相似,EGF类生长因子 可使cGMP的浓度降低【151。
Weel激酶的活性【8】。在生发泡(GV)期减数分裂停滞
的卵母细胞,PKA介导Cdc25B磷酸化促进细胞质内
3A(PDE3A)维持cAMP的浓度cGMP可通过缝隙
连接从卵丘颗粒细胞进入到卵母细胞,从而抑制卵
哺乳动物卵母细胞成熟相关因子研究
哺乳动物卵母细胞成熟相关因子研究作者:张羽芳阳美霞汤亚茹张虹亮王水莲来源:《医学信息》2020年第14期摘要:哺乳动物卵母细胞主要参与动物繁殖活动,其体外成熟技术也是体外受精-胚胎移植(IVF-ET)的关键。
卵母细胞从胚胎期至青春期前始终维持停滞状态,直到青春期减数分裂恢复,随后卵母细胞成熟。
在此期间,表皮生长因子、马绒毛膜促性腺激素、人绒毛膜促性腺激素、环磷酸腺苷、成熟促进因子及卵泡液等因子均参与卵母细胞成熟的调控。
本文主要分析上述6种因子对卵母细胞成熟调控的影响,旨在完善卵母细胞成熟的相关理论机制,为卵母细胞体外成熟培养体系提供参考。
关键词:卵母细胞;成熟;表皮生长因子;人绒毛膜促性腺激素;成熟促进因子中图分类号:R321; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码:A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;DOI:10.3969/j.issn.1006-1959.2020.14.007文章编号:1006-1959(2020)14-0017-04Study on Factors Related to Maturation of Mammalian OocytesZHANG Yu-fang,YANG Mei-xia,TANG Ya-ru,ZHANG Hong-liang,WANG Shui-lian(Department of Veterinary Medicine,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,Hunan,China)Abstract:Mammalian oocytes are mainly involved in animal reproduction activities, and their in vitro maturation technology is also the key to in vitro fertilization-embryo transfer (IVF-ET). Oocytes remain stagnant from embryonic stage to pre-pubertal period, until meiosis in puberty recovers, and then the oocyte matures. During this period, factors such as epidermal growth factor, horse chorionic gonadotropin, human chorionic gonadotropin, cyclic adenosine monophosphate, maturation promoting factor, and follicular fluid are involved in the regulation of oocyte maturation. This article mainly analyzes the influence of the above six factors on the regulation of oocyte maturation, and aims to perfect the relevant theoretical mechanism of oocyte maturation,and provide a reference for the in vitro maturation culture system of oocytes.Key words:Oocyte;Maturation;Epidermal growth factor;Human chorionicgonadotropin;Maturation promoting factor近年來,随着辅助生殖技术、动物胚胎工程的蓬勃发展以及细胞克隆技术的广泛应用,卵母细胞体外成熟(Invitromaturation,IVM)的机理研究愈发重要。
哺乳动物生殖调节信号通路研究
哺乳动物生殖调节信号通路研究是生物学领域中的一个重要研究方向。
随着生殖生理学的不断发展和进步,越来越多的研究人员开始关注生殖调节信号通路,希望通过深入研究这一领域,揭示出生殖系统中的调节机制,为人类解决生育方面的问题提供参考。
一、背景介绍哺乳动物生殖系统是由下丘脑、垂体、性腺和内分泌系统组成的一个复杂的调节系统,它们之间的联系和平衡是维持生殖系统正常功能的关键。
正常的生殖调节信号通路能够调控性激素的释放和合成,调节体内的荷尔蒙平衡,从而促进生殖系统的正常发育和运作。
而生殖调节信号通路的失调则会导致一系列生殖系统相关疾病的发生,如多囊卵巢综合症、不孕不育等。
二、生殖调节信号通路的主要因素1.下丘脑因子:下丘脑是生殖调节信号通路的主要发出部分,通过下丘脑-垂体-性腺轴来调控生殖激素的合成和释放。
下丘脑因子的分泌受到多种因素的影响,例如神经、内分泌和免疫因素等,这些因素共同作用构成了一个复杂的调节网络。
2.性激素水平:性激素是生殖调节的主要激素之一,分别由雌激素和雄激素两种类别。
性激素的水平对于维持正常的生殖系统功能至关重要。
3.其他因素:生殖调节信号通路中还包括了一些其他的因素,如生长激素、甲状腺素、脂质代谢产物等,它们都可以通过不同的途径作用于生殖系统,调节生殖系统的正常功能。
三、生殖调节信号通路的研究现状目前,生殖调节信号通路的研究是一个全球性的热点研究方向,许多实验室和研究机构致力于深入研究这一领域。
近年来,随着分子生物学和基因工程技术的广泛应用,对生殖调节信号通路的研究进展迅速,研究人员能够更加详细地探究这一领域的深层次机制。
例如,研究人员可以通过基因敲除、基因表达谱分析和生物化学方法等,逐步解析生殖调节信号通路的分子机制和调控过程。
四、研究进展及意义近年来,生殖调节信号通路的研究取得了许多重要进展。
例如,研究人员发现了下丘脑因子Kisspeptin与生殖调节的关系,证明了Kisspeptin可促进生殖轴的激活,有望成为调节性激素水平的新靶点。
哺乳动物卵母细胞体外成熟的研究进展
成熟分裂的核网期 、 A I TI M I、 、 和第 2次成熟分 们将处于这一时期的卵母细胞称为前期停滞 的卵母
裂 的 间期 而达 到 MⅡ。 着卵母 细胞 的发育 , 随 生发 泡 细胞 (rpaebokdocts, pohs— l e oye) 自卵巢 表 面 卵泡 中 c
增大 , 由中央移 向质膜 , 紧靠 脂膜 下 。核膜 打褶 而 抽 取 的卵 母 细 胞 就 处 于 这 个 时 期 ( 发 泡 期 , V 并 生 G
达 9 %以上 。 0 然而 , 体外成 熟 卵母 细胞 的质量 和 发育 空泡 , 线粒 体 由小 嵴 、 圆形或 椭 圆形转 变 为带 帽线 粒 潜 能 与体 内成 熟 的卵母 细胞 相 比仍 有 较 大 差距 , 这 体 , 是卵母 细胞 成熟 的另一 重要 标志 。 粒体 先移 这 线
到完全 成熟 。 此后 , 卵母 细胞 的体外 成熟培 养得 到 了 中皮质 颗粒排 列 到质膜 下 被认 为是 哺乳 动物 卵母 细 迅 速发 展 。目前 , 卵母 细胞 的体 外成 熟技术 己被 广泛 胞成 熟 的一个 重要 标志 } 1 j 。随着 卵母 细胞 的退 化 , 皮 应 用 于科 学研 究 、 畜牧 生 产 和 医学 生殖 工 程 中 , 、 质颗粒 则成 堆分 布 , 牛 并有 许 多排到 卵周 隙 中。 电镜 在 羊 未成 熟卵母 细 胞经 体外 培养 ,排 出第 1 体率 可 下 , 极 线粒 体 由近核 区移 向皮 质膜 下 区 , 一端 出现大 在
不完 全成熟 是 造成体 外 受精胚 胎 生产效 率低 的主要 断定 的 。卵 丘细 胞扩展 常 用作 判 断卵母 细 胞体 外成
原 因。
熟 的特 征 。
2 卵母 细胞 的成 熟 过程 卵母 细胞成 熟是 指 充分生 长 卵母 细胞 向成 熟 卵
调节卵子发育成熟的信号转导通路_罗峰
-495-第31卷第7期Vol.31, No.72011年7月Jul. 2011生 殖 与 避 孕Reproduction & Contraception randc@调节卵子发育成熟的信号转导通路罗 峰1,2 谢琪璇1,2 秋山泰身3 秦俊文1,2(1. 暨南大学生殖免疫研究所, 广州, 510632)(2. 暨南大学再生医学教育部重点实验室; 再生医学香港中文大学-暨南大学联合实验室;科技部及广东省科技厅国际科技合作基地, 广州, 510632)(3. 东京大学医科学研究所分子发癌分野, 日本东京, 108-8639)关键词: 信号通路; 卵子发生; 发育和成熟中图分类号: Q-1 文献标识码: A 文章编号: 0253-357X(2011)07-0495-07本课题为广东省自然科学基金(9451063201002016); 教育部留 学回国人员科研启动基金(23610022); 暨南大学引进人才科 研启动基金(51209004); 中央高校基本科研业务费专项资金 (21610406)资助项目通讯作者: 秦俊文; Tel: +86-20-85220235; E-mail: tjunwen@ 谢琪璇; Tel/Fax: +86-20-85220468; E-mail: txqx@卵子是哺乳动物体内最大的一种细胞, 承载着繁衍后代的使命, 而卵子的发育成熟是其完成生殖过程的先决条件。
对卵泡的生长、发育和卵子成熟调控机制的研究一直是发育生物学的研究热点之一。
卵子来源于原始生殖细胞(primordial germ cells,PGC)。
胚胎发育期间, PGC 进入生殖嵴不断生长发育, 在出生前、后停滞在第一次减数分裂前期(即初级卵母细胞), 直到性成熟才继续减数分裂产生卵子。
初级卵母细胞被一层卵泡颗粒细胞包围, 构成原始卵泡。
性成熟期, 原始卵泡启动发育, 形成初级卵泡, 进一步发育成次级卵泡及最后的成熟卵泡。
cAMP调节剂对卵母细胞体外成熟效果的调节机制研究进展
cAMP调节剂对卵母细胞体外成熟效果的调节机制研究进展齐雅天1,房晓欢1,李飒1,李俊杰1,2*(1.河北农业大学动物科技学院,河北保定 071000;2.河北省牛羊胚胎技术创新中心,河北保定 071000)摘 要:卵母细胞体外成熟是家畜体外胚胎生产关键技术之一。
卵母细胞的环磷酸腺苷(cAMP)水平能够通过调节核质同步成熟进程影响卵母细胞发育能力,因此,cAMP对卵母细胞体外成熟质量的影响受到广泛关注。
本文针对常用的cAMP调节剂及其调节卵母细胞体外成熟的机制进行综述,以期为改善卵母细胞体外成熟效果提供依据。
关键词:卵母细胞;体外成熟;cAMP;进展中图分类号:S814.8 文献标识码:A DOI编号:10.19556/j.0258-7033.20200627-02卵母细胞体外成熟(IVM)是体外胚胎生产的关键技术之一,对于人类辅助生殖技术和优良种畜快速扩繁具有重要意义[1],其成熟效果直接影响着后续体外受精、体细胞核移植、转基因、胚胎干细胞与胚胎移植等技术的效果,对于胚胎基因组激活和早期胚胎发育至关重要。
卵母细胞成熟包括细胞核与细胞质成熟2个方面[2],但哺乳动物卵母细胞在常规IVM培养时,易导致细胞核成熟先于细胞质成熟,造成核质成熟不同步,影响卵母细胞成熟质量[3]。
研究发现,卵母细胞体内成熟时高水平的环磷酸腺苷(cAMP)是抑制核成熟的关键调节因子[4]。
因此,常在IVM前增加预成熟阶段升高cAMP,抑制核成熟,使细胞质充分发育,有助于提高卵母细胞发育能力[5]。
Zhang等[6]研究发现,使用cAMP调节剂可维持小鼠卵母细胞内高cAMP水平,从而抑制核成熟,提高卵母细胞核质同步成熟效果。
本文通过对卵母细胞内cAMP的动态变化、常用cAMP调节剂及其调节卵母细胞成熟的机制进行综述,以期为提高卵母细胞体外成熟效果提供依据。
1卵母细胞成熟过程中cAMP变化及对卵母细胞体外成熟的影响哺乳动物卵母细胞来源于胚胎期出现的卵原细胞,卵原细胞经多次有丝分裂发育为初级卵母细胞,后经2次减数分裂得到成熟的卵母细胞。
哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟的研究进展
中国畜牧兽医 2024,51(3):1171-1182C h i n aA n i m a lH u s b a n dr y &V e t e r i n a r y Me d i c i n e 哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟的研究进展李有为1,程亚倬2,商继勇2,张廷龙1,孙铭菊2(1.青岛农业大学海都学院,莱阳265200;2.青岛农业大学动物医学院,青岛266109)摘 要:体外成熟是哺乳动物胚胎工程获得成熟卵母细胞的主要途径,卵母细胞质量直接影响早期胚胎发育,妊娠的建立及维持,胎儿的发育等㊂哺乳动物卵巢表面数量众多的小卵泡可以作为胚胎工程卵母细胞的来源,但从哺乳动物卵巢获取的卵母细胞成熟差异较大,存在处于发育各个时期的卵母细胞,小卵泡卵母细胞体外成熟质量差,发育能力不足㊂如何提高小卵泡卵母细胞体外成熟的发育能力以充分挖掘优良母畜的遗传资源,提高胚胎工程效率成为研究热点㊂基于此,文章概述哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟的研究进展,比较大㊁小卵泡卵母细胞物质积累差异㊁卵泡的卵泡液成分及含量差异以及卵泡颗粒细胞和卵丘细胞的差异,分析哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟质量差的原因,分析总结提高哺乳动物小卵泡体外成熟卵母细胞发育能力的措施,包括抑制核成熟㊁成熟前培养㊁颗粒细胞及卵丘细胞与卵母细胞共培养,期望能够为小卵泡卵母细胞发育调控机制的研究及发育能力的提高提供理论指导㊂关键词:哺乳动物;小卵泡;卵母细胞;体外成熟中图分类号:S 814.6文献标识码:AD o i :10.16431/j .c n k i .1671-7236.2024.03.029 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):收稿日期:2023-08-12基金项目:山东省自然科学基金项目(Z R 2020Q C 193);重庆市妇幼保健院开放课题(2020K F K T 005);青岛农业大学高层次人才科研基金(663/1120012)联系方式:李有为,E -m a i l :l i yo u w e i 008@163.c o m ㊂通信作者孙铭菊,E -m a i l :s u n 8911@163.c o m R e s e a r c hP r o gr e s s o n i n v i t r o M a t u r a t i o no f S m a l l F o l l i c l e -d e r i v e dO o c yt e s i n M a m m a l i a n L IY o u w e i 1,C H E N G Y a z h u o2,S H A N GJ i y o n g 2,Z H A N G T i n g l o n g 1,S U N M i n g ju 2(1.H a i d uC o l l e g e ,Q i n g d a oA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,L a i y a n g 265200,C h i n a ;2.C o l l e g e o fV e t e r i n a r y M e d i c i n e ,Q i n g d a oA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,Q i n g d a o 266109,C h i n a )A b s t r a c t :I nv i t r o m a t u r a t i o ni st h e m a i n w a y f o r m a m m a l i a ne m b r y oe n g i n e e r i n g too b t a i n m a t u r e o o c y t e s .T h e q u a l i t y o f o o c y t e s d i r e c t l y a f f e c t s e a r l y e m b r y o n i c d e v e l o pm e n t ,e s t a b l i s h m e n t a n dm a i n t e n a n c eo f p r e g n a n c y ,a n df e t a ld e v e l o p m e n t .T h e l a r gen u m b e ro f s m a l l f o l l i c l e so n t h e s u r f a c e o f m a m m a l i a n o v a r i e s c a n p r o v i d e o o c y t e s t h a t a p p l y t o e m b r y o e n g i n e e r i n g ,b u t t h eo o c y t e so b t a i nf r o mt h eo v a r y a r ea td i f f e r e n ts t a g e st h a ts h o w sd i f f e r e n t m a t u r e c a p a c i t y ,a n d t h e q u a l i t y o f i n v i t r o m a t u r a t i o n o f o o c yt e s f r o ms m a l l f o l l i c l e s a r e p o o r a n d d e f i c i e n t i nd e v e l o p m e n t a l a b i l i t y .H o wt o i m p r o v e t h e i n v i t r o m a t u r a t i o n a b i l i t y o f s m a l l f o l l i c l e o o c y t e s t of u l l y t a p i n t ot h e g e n e t i cr e s o u r c e so fe x c e l l e n tf e m a l ea n i m a l sa n di m pr o v et h e e f f i c i e n c y o fe m b r y o e n g i n e e r i n g h a s b e c o m e ar e s e a r c h h o t s p o t .B a s e d o n t h i s ,t h er e v i e w s u m m a r i z e s t h e r e s e a r c h p r o g r e s so f i n v i t r o m a t u r a t i o no f s m a l l f o l l i c l eo o c yt e s i n m a m m a l i a n ,c o m p a r e s t h e d i f f e r e n c e s i n a c c u m u l a t i o n o f o o c y t em a t e r i a l ,t h e d i f f e r e n c e s i n t h e c o m po s i t i o n a n d c o n t e n t o f f o l l i c u l a r f l u i d ,a n d t h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n f o l l i c u l a r g r a n u l o s a c e l l s a n d c u m u l u s c e l l si n l a r g e a n d s m a l l f o l l i c l e s ,a n a l y z e s t h e r e a s o n s f o r t h e p o o r q u a l i t y ofm a m m a l i a ns m a l l f o l l i c l e中国畜牧兽医51卷o o c y t e s i n v i t r o m a t u r a t i o n,a n a l y z e s a n d s u m m a r i z e s t h em e a s u r e s t o i m p r o v e t h ed e v e l o p m e n t a l a b i l i t y o f m a m m a l i a ns m a l l f o l l i c l eo o c y t e s i nv i t r o m a t u r a t i o n,i n c l u d i n g i n h i b i t i o no fn u c l e a r m a t u r a t i o n,p r e-m a t u r a t i o n c u l t u r e o f o o c y t e a n d c o-c u l t u r e o f o o c y t e s w i t h g r a n u l o s a a n d c u m u l u s c e l l s,w h i c ha i m e s a t p r o v i d i n g t h e o r e t i c a l g u i d a n c e f o r t h e r e s e a r c ho f t h ed e v e l o p m e n t r e g u l a t i o nm e c h a n i s mo f s m a l l f o l l i c l e o o c y t e s a n d t h e i m p r o v e m e n t o f d e v e l o p m e n t a l c a p a c i t y. K e y w o r d s:m a m m a l s;s m a l l f o l l i c l e s;o o c y t e s;i n v i t r o m a t u r a t i o n家畜卵母细胞随着卵泡长大而生长成熟,获得发育能力,卵母细胞良好的生长成熟是决定雌性生产及繁殖能力的重要指征㊂卵母细胞体外成熟培养(I VM)是利用体外培养体系模拟体内卵母细胞成熟环境,将未成熟的卵母细胞培养至第二次减数分裂中期(MⅡ)的过程㊂卵母细胞体外成熟是研究哺乳动物卵母细胞成熟和胚胎发育的基础,是辅助生殖的关键,是保护和扩繁优良家畜的重要前提㊂进行体外成熟培养的卵母细胞取自卵巢表面卵泡,但卵巢表面大腔卵泡数量非常有限,不能满足科研和临床需求,数量众多的小卵泡作为卵母细胞来源受到更多学者关注㊂但小卵泡卵母细胞的体外成熟质量差,发育能力显著低于大卵泡卵母细胞[1-3]㊂研究者们试图探究小卵泡卵母细胞体外成熟质量差的原因及提高小卵泡卵母细胞体外成熟质量的措施,但这些问题仍未被完全阐明,也未见系统的论述㊂因此,作者系统论述哺乳动物小卵泡卵母细胞的利用现状及研究意义,从卵母细胞生长的卵泡微环境方面分析小卵泡卵母细胞体外成熟质量及发育能力差的原因,概述提高小卵泡卵母细胞体外成熟质量的措施,为改善哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟培养系统提供新思路,继而提升优良家畜繁殖利用效率,促进胚胎工程技术的发展和应用㊂1哺乳动物小卵泡卵母细胞的利用现状及研究意义哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟质量及发育能力显著低于大卵泡卵母细胞㊂研究表明,直径2.5~4.0m m的猪卵泡卵母细胞体外成熟质量及发育能力低于4.5~6.0m m卵泡卵母细胞[1];山羊卵巢上直径<3m m卵泡卵母细胞体外成熟质量及发育能力低于直径>3m m卵泡卵母细胞[2],且只有来自直径1.5m m以上山羊卵泡的卵母细胞才具有完成减数分裂的能力[4];在牛的研究中发现卵巢上直径<3m m卵泡卵母细胞体外成熟质量及发育能力低于直径>8m m卵泡卵母细胞[3,5]㊂人小卵泡(直径<10m m)卵母细胞体外成熟和发育能力显著低于大卵泡卵母细胞[6]㊂因此,哺乳动物胚胎工程利用的卵母细胞大都取自大卵泡进行体外成熟培养,如在猪上选取卵巢表面卵泡直径3~6m m的卵母细胞[7]㊂哺乳动物卵泡的生长经历原始卵泡㊁初级卵泡㊁次级卵泡㊁三级卵泡和成熟卵泡阶段,随着卵泡生长,卵母细胞生长成熟㊂胎儿期哺乳动物卵巢中存在数百万卵泡,但仅有少数卵泡能够发育成熟并排出成熟卵母细胞,其余大部分小卵泡在不同生长时期发生闭锁或退化㊂胚胎工程技术的研究和推广应用需要大量廉价和高质量的卵母细胞,卵巢表面大卵泡数量有限,因此需要高效利用数量众多的小卵泡㊂探究小卵泡卵母细胞体外成熟质量差的原因,提高小卵泡卵母细胞体外成熟的发育能力和利用率,能够充分挖掘优良母畜的繁殖潜能,为动物繁育技术的发展提供理论指导,促进畜牧业健康㊁稳定㊁持续发展;改良卵母细胞体外成熟培养体系,为相关科学研究提供大量廉价的试验材料,促进胚胎工程技术的发展;同时在指导人类辅助生殖小卵泡的利用,减少激素刺激的副作用,提高辅助生殖成功率方面有重要意义㊂2小卵泡卵母细胞体外成熟质量差的原因哺乳动物卵母细胞生长成熟依赖卵泡形成的微环境,卵泡外包卵泡膜,生长至有腔卵泡阶段,卵泡内形成卵泡腔,卵泡腔内含卵泡液,卵母细胞外包卵丘细胞位于卵泡腔中,卵丘细胞连接卵泡腔周围的颗粒细胞,卵泡内的卵泡液㊁卵丘细胞和颗粒细胞维持卵母细胞的生长成熟㊂因此,下文从卵母细胞自身生长程度㊁卵泡液成分和含量㊁卵丘及颗粒细胞功能三方面比较大小卵泡的差异,探究小卵泡卵母细胞体外成熟质量差的原因㊂2.1大、小卵泡的卵母细胞物质积累差异卵母细胞随着卵泡长大而生长,染色质逐渐凝集,转录活性逐渐减低,完成胞质物质的积累以获得成熟和发育能力,小鼠染色质凝集型卵母细胞无转录活性[8],直径>3m m猪卵泡中的卵母细胞转录27113期李有为等:哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟的研究进展逐渐沉默[9-10]㊂转录逐渐沉默过程中,卵母细胞完成转录物的积累,支持后期的成熟和胚胎发育,这是大㊁小卵泡卵母细胞体外发育能力差异的重要因素㊂高通量测序技术为卵母细胞生长成熟机制的研究提供技术支持,利用转录组测序分析不同大小卵泡的牛卵母细胞,发现在卵泡发生过程中重要差异表达基因,如调节转录的转录因子2(T A F2)㊁染色质重塑相关的蛋白磷酸酶1的催化亚基-β同工酶(P P P1C B)㊁能量代谢相关的溶质载体家族25-腺嘌呤核苷酸转运子成员31(S L C25A31),细胞内分子运输相关的N-乙酰葡糖胺-1-磷酸二酯酶(N A G P A)㊁半胱氨酸/组氨酸富含1(C Y H R1)和溶质载体家族39-锌转运子成员12(S L C3A12)[3]㊂来自人类原始卵泡和初级卵泡的卵母细胞在参与调节卵母细胞休眠和激活途径的基因表达上存在差异[11]㊂在小鼠中,染色质凝集的卵母细胞与弥散性染色质构型卵母细胞相比有380个差异表达基因,且大多数基因下调[12]㊂猪卵母细胞转录组数据分析差异表达基因显示,与小卵泡组相比,大卵泡卵母细胞中有60个基因上调,262个基因下调[13]㊂因此,大小卵泡卵母细胞基因表达的差异与卵母细胞成熟和发育能力的获得密切相关,但具体关系及起决定性作用的因子仍需要进一步探究㊂卵母细胞内成熟及发育相关因子的研究尚不充分,仅局限于特定因子的比较和分析㊂卵母细胞成熟促进因子(M P F)介导多种信号调控卵母细胞成熟㊂在猪小卵泡中M P F活性以及参与卵母细胞成熟的细胞周期依赖性激酶1(C D K1)㊁增殖细胞核抗原(P C N A)㊁细胞外信号调节激酶2(E R K2)的表达量显著低于大卵泡卵母细胞[14]㊂卵母细胞中原癌基因丝氨酸/苏氨酸激酶(c-MO S)参与维持减数分裂阻滞并具有调节M P F活性的作用[15-16],猪小卵泡生发泡(G V)期卵母细胞中c-M O S基因转录水平低[17]㊂猪小卵泡卵母细胞中调控卵丘扩展的基因(如骨形态发生蛋白(B M P15)㊁生长分化因子9 (G D F9)㊁透明质酸合成酶2(H A S2)㊁肿瘤坏死因子α诱导蛋白6(T N F I P6)等)表达量低,使卵丘扩展能力不足,同时引起表皮生长因子受体(E G F R)信号通路下调,卵母细胞发育能力低[18]㊂环磷酸腺苷(c AM P)是哺乳动物中保守且普遍存在的第二信使,在卵泡发育及卵母细胞成熟过程中发挥重要作用,卵母细胞减数分裂的阻滞和恢复依赖于c AM P㊂小卵泡卵母细胞c AM P含量低于大卵泡卵母细胞[19],小卵泡卵母细胞对c AM P的感应不如大卵泡,在体外成熟培养过程中添加c AM P 的类似物d i b u t y r y l c AM P(d b-c AM P),培养11h 时大卵泡c AM P含量是小卵泡卵母细胞的3倍[20]㊂卵母细胞旁分泌因子G D F9和B M P15具有调控卵泡生长[21],促进卵丘细胞和颗粒细胞的生长㊁分化,阻止卵丘细胞凋亡,促进卵母细胞成熟㊁排卵㊁受精和胚胎发育的作用[22-23]㊂G D F9和B M P15的表达模式在不同物种之间存在差异,绵羊㊁牛㊁负鼠和仓鼠在原始卵泡卵母细胞中开始表达,而大鼠㊁小鼠和人类在初级卵泡开始表达,发育至次级卵泡开始激增[24-25]㊂猪小卵泡卵母细胞中G D F9水平低于大卵泡卵母细胞,在经过体外成熟培养后大卵泡卵母细胞G D F9表达量仍显著高于小卵泡卵母细胞[26]㊂G D F9基因敲除后,卵泡生长阻滞在初级卵泡阶段,小鼠雌性不育[27],B MP15基因敲除(B MP15-/-)的小鼠生殖能力降低,排卵减少, G D F9+/-和B MP15-/-的小鼠卵泡发生㊁卵丘细胞和受精能力均出现异常[28-29]㊂另外,细胞内谷胱甘肽(G S H)是预测猪卵母细胞细胞质成熟的分子标志物,猪大卵泡卵母细胞内G S H含量显著高于小卵泡卵母细胞[30]㊂卵母细胞内脂滴等代谢物含量㊁表观遗传修饰的差异等都是导致大㊁小卵泡卵母细胞体外成熟发育能力差异的可能原因,需要更为系统的研究和阐述㊂以上研究揭示了大㊁小卵泡卵母细胞转录物㊁活性因子及调控成熟信号等的差异,表明卵母细胞内物质积累对卵泡卵母细胞生长㊁卵母细胞成熟及发育能力的获得㊁生殖的重要性,小卵泡卵母细胞物质积累不足是导致发育能力低的重要原因㊂2.2大、小卵泡的卵泡液成分及含量差异卵泡液是血清的超滤液,是穿过血滤泡屏障的血浆成分转移以及颗粒和卵母细胞分泌活动的产物,卵泡液成分包括激素㊁生长因子㊁活性氧㊁蛋白质㊁肽和氨基酸等㊂卵泡液中含有多种激素,在卵泡及卵母细胞的生长发育过程中起着关键调控作用,大㊁小卵泡内激素含量不同,卵泡对激素水平的感应不同是导致卵母细胞发育能力不同的重要因素之一㊂研究比较不同物种发现小卵泡内促卵泡激素(F S H)含量高[8,19,31],同时小卵泡颗粒细胞高表达促卵泡激素受体(F S H R),促进小卵泡进一步生长[32]㊂F S H能够激活磷脂酰肌醇-3激酶/蛋白激酶B/叉头转录因子O亚族1(P I3K/A k t/F O X O1)信号通路,引起固醇元件结合转录因子2(S R E B P2)上调,促进3-羟3711中国畜牧兽医51卷基-3甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶(HMG C R)表达调控卵泡内颗粒细胞合成胆固醇[33-35],F S H还具有增强表皮生长因子(E G F)诱导E G F R酪氨酸磷酸化的作用[36],F S H-E G F R能激活S MA D2/3信号通路,调控卵丘扩展和类固醇生成[37]㊂因此,F S H 在小卵泡中含量高,可促进小卵泡的进一步生长,在大卵泡内F S H主要是促进卵母细胞核成熟㊂抗缪勒氏激素(AMH)的表达仅局限于腔前和小腔卵泡颗粒细胞,通常在小腔前卵泡中出现表达高峰,伴随着腔前卵泡直径的增加,颗粒细胞和卵泡液中AMH水平降低,优势卵泡不再产生AMH[38-39]㊂AMH在调控卵母细胞发育中的作用是增加腔前卵泡中雄烯二酮的含量,抑制颗粒细胞增殖[40-41],另外通过抑制F S H诱导的芳香酶活性共同抑制雌二醇(E2)合成[42],表明AMH对优势卵泡的选择是必需的㊂大卵泡孕酮(P4)和E2含量均高于小卵泡,促黄体生成素受体(L H R)和雌激素,及类固醇合成酶,主要是细胞色素P450酶(芳香化酶和17α羟化酶)表达量高,其作用是为激素应答做准备[30,43]㊂E2可与卵母细胞分泌因子共同作用,通过调控钠肽通路促进卵丘细胞环磷酸鸟苷(c GM P)产生[44-45],高水平c GM P维持减数分裂的阻滞,促进卵母细胞胞质充分成熟㊂卵泡液中重要成分还包括卵母细胞及颗粒细胞分泌的重要生物活性因子,B i j t t e b i e r等[46]利用蛋白组学鉴定猪卵泡液和血清中与卵丘细胞扩展相关的蛋白因子,但因技术的限制仅鉴定了13种差异表达蛋白,精确度也较低㊂因此,仍需利用转录组及蛋白组学等技术系统研究猪卵泡液关键因子及相互作用,揭示卵泡因子之间的互作以及揭示卵母细胞成熟分子调控机制㊂2.3大、小卵泡颗粒细胞和卵丘细胞的差异卵泡生长过程的重要变化包括颗粒细胞数量的增加以及颗粒细胞和卵丘细胞的分化,猪小腔卵母细胞周围的卵丘细胞数量显著低于中等卵泡卵母细胞[47],小卵泡内颗粒细胞和卵丘细胞数量不足,发挥功能受限,必定会影响卵母细胞发育能力㊂卵丘细胞分泌因子包括过氧化氢酶㊁超氧化物歧化酶㊁血管内皮生长因子㊁G S H㊁特异性转录因子和环核苷酸(c AM P㊁c GM P)等,分泌因子在维持氧化稳态,抑制凋亡,调控细胞增殖和凋亡,以及卵母细胞减数分裂恢复中发挥关键作用,能够促进卵母细胞成熟发育[48]㊂常见的颗粒细胞分泌因子包括利钠肽(N P s)㊁类表皮生长因子(E G F-l i k ef a c t o r s)㊁前列腺素(P G E)等[49]㊂其中利钠肽家族成员C-型利钠肽(C N P)由卵泡壁粒细胞分泌,结合卵丘细胞表面的利钠肽受体2(N P R2)[50],诱导c GM P的表达,具有维持卵母细胞减数分裂阻滞的作用[51],利钠肽受体系统对卵巢生长和卵母细胞减数分裂的有序发生起重要作用,决定雌性生殖能力[52-53]㊂直径1~2m m 猪卵泡卵丘细胞内N p r2m R N A水平显著低于直径3~6m m卵泡卵丘细胞[19]㊂促黄体生成素(L H)和F S H作用的重要通路是通过转活化E G F信号通路在调控卵丘细胞增殖分化中发挥作用㊂已经在啮齿类动物[54-56]㊁人[57]㊁灵长类[58]㊁牛[59]和猪[60]颗粒细胞中证实类表皮生长因子的表达,如双调蛋白(A R E G)㊁上皮调节蛋白(E R E G)和β-细胞素(B T C)㊂这些类E G F生长因子以自分泌或旁分泌形式通过E G F R作用于壁颗粒细胞和卵丘颗粒细胞[55-56,60-61],在卵母细胞减数分裂恢复中发挥关键作用㊂E G F及类表皮生长因子能够提高体外成熟卵母细胞成熟率㊁受精和早期胚胎发育能力[8,62]㊂直径<3m m的山羊卵泡卵丘卵母细胞复合体(C O C s)中E G Fm R N A水平低于直径>3m m的卵泡[63],而缺少E G F类生长因子C O C s不会发生扩展[64-65],猪小腔卵泡卵母细胞对E G F类生长因子的反应能力及结合能力低[18,65]㊂P G E2水平的升高是调控卵丘扩展和卵母细胞成熟及排卵的关键㊂抑制P G E2的合成,卵丘细胞扩展㊁卵母细胞成熟和排卵率降低,缺少P G E2或P G E2受体表达的小鼠不能排卵[66-68]㊂利用前列腺素合成抑制剂也能阻断兔㊁奶牛和灵长类动物的排卵,将前列腺素合成抑制剂直接注射到猕猴的优势卵泡中,卵泡则不能应答L H的刺激进而不能排卵,注射抑制剂的同时注射P G E2会恢复排卵[69]㊂综上,大㊁小卵泡卵母细胞㊁卵泡液㊁颗粒与卵丘细胞存在显著差异(图1):①小卵泡内卵母细胞转录活性强;基因表达与大卵泡卵母细胞有差异;c AM P含量低;c-MO S㊁M P F活性低;旁分泌因子G D F9/B M P15少;G S H含量少;②小卵泡卵泡腔内卵泡液含量及成分与大卵泡卵泡液差异显著;F S H㊁AMH含量高;P4㊁E2含量低;③小卵泡内颗粒细胞和卵丘细胞数量少;N P㊁PG E2㊁E G F家族生长因子少;N P R2表达少㊂此外,大㊁小卵泡颗粒细胞㊁卵丘细胞㊁卵泡液以及卵母细胞之间的信息交流,促进支持卵泡和卵母细胞的生长成熟,它们之间47113期李有为等:哺乳动物小卵泡卵母细胞体外成熟的研究进展的相互联系及结合程度不同都可能造成卵母细胞发育能力差异㊂卵泡和卵母细胞生长成熟极其复杂,人们对其认识极其有限,卵泡内生命活动及其调控机制仍需要进一步阐明㊂与大卵泡相比,ʏ表示小卵泡内物质含量多;ˌ表示小卵泡内相应物质含量少C o m p a r e dw i t hl a r g ef o l l i c l e s ,ʏi n d i c a t e da h i gh e rc o n t e n to fs u b s t a n c e si ns m a l lf o l l i c l e s ;ˌi n d i c a t e dl o w c o n t e n to f c o r r e s p o n d i n g s u b s t a n c e s i n s m a l l f o l l i c l e s 图1 哺乳动物大、小卵泡内物质差异F i g .1 D i f f e r e n c e s i n s u b s t a n c e s b e t w e e n l a r ge a n d s m a l lf o l l i c l e s i nm a m m a l s 3 提高小卵泡卵母细胞体外成熟发育能力的措施在体内卵泡环境,卵母细胞长时间停滞在第一次减数分裂前期,一旦置于体外成熟培养环境,卵母细胞很快自发恢复减数分裂,完成核成熟㊂哺乳动物卵泡长至大腔卵泡时期卵母细胞才生长完全,胞质完全成熟,体外成熟培养导致小卵泡卵母细胞在胞质未成熟之前提前恢复减数分裂,使得卵母细胞发育能力低㊂基于上述小腔卵泡卵母细胞发育能力不足的原因分析,体外成熟培养过程中,提高小腔卵泡卵母细胞发育能力的举措主要是在支持生长的培养基中进行前培养或者抑制卵母细胞的核成熟,保证卵母细胞足够的胞质成熟时间,以及卵母细胞与卵丘细胞或颗粒细胞共培养,弥补小腔卵泡卵母细胞生长的不足,以提高小卵泡卵母细胞质量㊂3.1 抑制核成熟提高小卵泡卵母细胞体外成熟发育能力很多研究在卵母细胞体外成熟培养的早期阶段利用抑制剂抑制生发泡破裂(G V B D )的发生,以提高猪卵母细胞胞质的成熟,但对卵母细胞发育能力的提高非常有限㊂抑制核成熟研究最多的是卵母细胞内c AM P -蛋白激酶A (P K A )-M P F 通路的调控,在猪和小鼠卵母细胞成熟过程中使用d b -c AM P ㊁利用抑制剂3-异丁基-1-甲基黄嘌呤(I B M X )㊁西洛酰胺抑制磷酸二酯酶(P D E )进而抑制c AM P 的降解,添加毛喉素(F S K )激活腺苷酸活化酶,这些都能够维持卵母细胞内高水平的c AM P ,抑制细胞核过早发生成熟,提高猪小卵泡(1~2m m )卵母细胞发育能力[70-71]㊂添加C D K 抑制剂r o s c o v i t i n e 抑制M P F 的活化,能显著提高猪[72]㊁山羊[73]㊁水牛[74]小卵泡卵母细胞体外成熟的发育能力㊂相似的,添加b u t yr o l a c t o n eⅠ抑制C D K 1也能够提高牛卵母细胞成熟[75]㊂颗粒细胞产生的C N P 被用作天然的卵母细胞核成熟抑制剂㊂在小鼠㊁山羊㊁猪和牛的研究中证实5711中国畜牧兽医51卷C N P能够抑制卵母细胞减数分裂的恢复,体外成熟培养过程添加C N P可提高小卵泡卵母细胞体外成熟的发育能力[76-78]㊂添加C N P能够维持卵丘细胞间的通讯;诱导卵母细胞染色质结构的改变;增加卵母细胞直径㊁线粒体D N A拷贝数㊁线粒体活性和活性氧水平;降低G S H水平;增加卵丘细胞功能[44,79]㊂另外,在体外延迟减数分裂自发恢复的安全有效方法是培养体系中加入卵泡液或添加卵泡液因子,利用卵泡液成分抑制核成熟,同时支持卵母细胞胞质成熟和核成熟,猪的体外成熟培养体系大都添加卵泡液㊂添加卵泡液因子也是提高卵母细胞体外成熟质量的重要方法,体外培养直径2~4m m猪卵泡卵母细胞添加c AM P㊁B M P15和G D F9的同时添加A R E G可提高卵母细胞体外成熟发育能力[18], B M P15㊁G D F9及E G F㊁胶质细胞衍生神经营养因子(G D N F)的组合均能提高卵母细胞发育能力[64,80-81]㊂除此,在培养恒河猴小卵泡(直径0.5㊁0.5~2.0m m)卵母细胞过程中发现添加人绒毛膜促性腺激素(h C G)[82]㊁A R E G[83]能够提高核成熟㊂3.2成熟前培养提高小卵泡卵母细胞发育能力成熟前培养是利用支持生长的培养基促进卵母细胞进一步生长,包括卵泡的培养和卵母细胞的前培养㊂卵泡培养能够实现早期初级卵泡甚至原始卵泡的生长,进一步完成体外卵母细胞的成熟培养,但成熟率不能达到要求㊁培养体系复杂㊁时间长㊁成本较高,并不适合于服务胚胎工程生产,在这里不做赘述㊂卵母细胞的成熟前培养常用的方法是低浓度的激素,如猪小卵泡卵母细胞在体外成熟的1/250浓度的F S H和L H的生长培养基中培养24h,随后在成熟培养基中培养20h可提高猪卵母细胞发育能力[84]㊂与抑制核成熟相似的是成熟前培养也是给予胞质充分的时间以促进其成熟,所以在前培养过程中一般在调控激素水平的基础上结合使用抑制核成熟因子㊂如在培养的前10h添加F S H㊁E2和I B M X,后10h添加P4㊁F S H㊁E2和I B M X,在随后的22h 培养过程中更换为L H㊁E G F和P4可提高猪小卵泡(3~5m m)卵母细胞发育能力[60]㊂前培养过程添加垂体腺苷酸环化酶激活多肽(P A C A P)刺激细胞产生c AM P,能够提高1~3m m猪卵泡卵母细胞发育能力[85]㊂绵羊小卵泡(2~4m m)卵母细胞添加C N P的培养基进行6h前培养,在添加A R E G和P G E2的培养基培养18h,能够提高卵裂率和囊胚率[49]㊂在临床上,将多囊卵巢综合征患者小卵泡(直径<6m m)添加C N P进行前培养,然后再利用体外成熟培养系统能够显著提高小卵泡卵母细胞成熟率和发育能力[77,86-87],同时避免了激素对患者的副作用㊂在此培养系统基础上添加A R E G则能够进一步提高多囊卵巢综合征患者小卵泡卵母细胞发育能力[88]㊂3.3颗粒细胞及卵丘细胞与卵母细胞共培养提高小卵泡卵母细胞发育能力为弥补小卵泡内颗粒及卵丘细胞数量及所分泌因子不足导致的卵母细胞发育能力降低㊂研究者通过共培养及添加相应分泌因子的方式或者改善培养方式来提高卵母细胞体外成熟的发育能力㊂用3~6m m卵泡卵母细胞颗粒细胞团与1~ 2m m卵泡卵母细胞共培养,能够提高猪小卵泡卵母细胞直径,同时促进卵母细胞的成熟[47]㊂在绵羊中研究发现,如果将来自小卵泡(0.5~1.0m m)的卵母细胞与直径3.0~4.0m m卵泡卵母细胞卵丘细胞共培养,则近48%的小卵泡卵母细胞能够恢复减数分裂并能够发育到MⅡ阶段[89]㊂山羊小卵泡(直径<3m m)卵母细胞与裸卵共培养也能够提高卵裂率和囊胚率[90]㊂这些研究表明,卵泡颗粒细胞㊁卵丘细胞以及卵母细胞自身对卵母细胞成熟和发育能力的获得都是有利的,同时,在共培养的基础上再添加其他因子也能提高卵母细胞体外成熟和发育能力㊂除上述措施外,提高小卵泡卵母细胞体外成熟的发育能力的措施还有很多,包括添加抗氧化㊁抗凋亡㊁增强线粒体功能㊁增强表观遗传修饰㊁促进卵丘扩展㊁自噬等作用的物质㊂褪黑素[91]㊁辅酶Q10[92]㊁血管内皮生长因子[93]能够提高卵母细胞体外成熟的发育能力,特别是质量差的小卵泡卵母细胞㊂亚麻酸能够提高山羊小卵泡(<2m m)卵母细胞减数分裂能力和发育至囊胚的能力[94]㊂培养猪小卵泡(1~3m m)卵母细胞时添加烟酸或烟酰胺,可改善卵母细胞体外成熟和发育能力[95]㊂促进胞质成熟,弥补小卵泡的不足能够部分提高小卵泡卵母细胞发育能力,但并不能达到大卵泡卵母细胞发育成熟的程度,还有很大的提升空间㊂4总结与展望卵母细胞生长成熟是一个异常复杂的生物过程,需要卵母细胞与邻近的颗粒细胞㊁卵丘细胞及卵6711。
哺乳动物卵母细胞体外培养研究进展(发育生物学论文)
哺乳动物卵母细胞体外成熟研究进展生科1202班张文娅201224140212摘要:卵母细胞体外成熟培养已经成为现代胚胎生物技术的重要内容之一,是性别控制、体外受精、核移植和转基因等技术成功前提和关键[1]。
关键字:哺乳动物;卵母细胞哺乳动物卵巢内含有大量的原始卵泡,其数量因物种和发育阶段而不同,如出生小鼠大约为一万个,人和家畜约为几百万个。
到初情期后,小鼠约四千个,牛羊约十万个,猪约四十多万个,但大部分卵泡中途闭锁退化,在一个生殖周期中发生排卵的卵泡只有一个或几个[2]。
所以说,哺乳动物卵巢的开发潜力很大。
1 卵母细胞的获取卵母细胞体外成熟(in vitro maturation,IVM)是指从卵巢中获取未成熟卵,经过适宜的体外培养条件,卵母细胞发育成熟并具有受精和胚胎发育能力。
哺乳动物卵母细胞体外成熟质量对卵母细胞的激活、受精及其后继的胚胎发育均有重要影响[3]。
获取大量的优质卵母细胞是实现卵母细胞体外成熟培养的先决条件,也是胚胎生物技术研究的基础。
1.1 活体采集活体卵母细胞的采集主要有盲采法、内窥镜法和超声波法。
20世纪80年代初,Sirard首次将内窥镜用于牛卵泡卵母细胞的采集,同年Copata也以同样的方法获得成功;荷兰Pieterse等首次利用超声波技术通过子宫壁从活牛卵巢采集到卵母细胞。
盲采法由熟悉操作的人一只手通过操控采卵器进行阴道弯隆穿刺,另一只手直肠内配合引导采卵器并把握卵巢吸取含有卵子的卵泡液进行取卵[4]。
盲采法回收率达65%以上。
内窥镜法是在腹腔镜探头的观察下,通过操作杆和采卵针收集卵母细胞的方法。
内窥镜法对卵母细胞的回收率达40%-80%,超声波法回收率达60%。
盲采法是使用最多的一种方法。
活体采集对操作人员的技术要求比较高。
1.2 离体采集离体采集卵母细胞最大的优势在于取材方便,相比活体采卵技术,显著降低了卵母细胞的获取成本和对操作人员的技术要求,能够满足实验对大批量卵母细胞的需求。
Smad3信号通路在卵母细胞体外成熟中的作用
核 内聚集 , 进 而 阻断 了信 号转 导 的进行 。其 中A L K 5
是其 主要 的阻 断对 象 , 其 次 是A L K 4 , 对A L K 7 的阻 断
作用最 弱 _ 4 1 。
本 研 究 以猪 卵 母 细 胞 体 外 发 育 技 术 平 台 为 依 托, 应用 化学抑 制 剂研究 S m a d s 信号通 路调 控 卵母 细
胞体外 发 育成熟 的机 制[ 2 1 。阐 明信 号通 路 中的S m a d 3 对卵母 细胞 核质 成熟 的重 要作 用 ,为实 现精 确调 控 卵母 细胞 体外发 育 过程奠 定基 础 ,也 为 高产 单胎 家 畜卵 泡库 的充 分开 发利用 提供 理论 依据 ,从 而在 更
大范 围 内开发优 良家畜 的生殖 潜能 ,促 进优 良家畜
的含 量.  ̄ LC y c l i n B 1 的表 达量 。由此 可见 , S m a d 3 信 号 通 路 对 卵 母 细 胞 体 外 成 熟 有 重 要 作 用 。 这 为提 高 卵 母 细 胞
体 外减数成 熟 能力 , 尤 其 是 对 提 高单 胎 家 畜 的 繁 殖 能 力 意 义 重 大 。
关键 词 : 猪; 卵母 细胞 ; S m a d 3 ; 体 外成 熟 ; C y c l i n B 1 ; G S H
中 图分类号 : ¥ 8 2 8 . 3
文献标 识码 : A
文章 编号 : 0 2 5 8 — 7 0 3 3 ( 2 0 1 6 ) 2 1 — 0 0 2 0 — 0 5
品种 的培 育 , 创 造更 多 的经济 效益 和社会 价值 。
1 材 料 与 方 法
酶作 用 的MH 2 区是 高 度 保 守 的 , L 区 主要 用 于 连 接
内质网应激对哺乳动物卵母细胞成熟的影响研究进展
动物医学进展,2020,41(4):110G114P r o g r e s s i nV e t e r i n a r y Me d i c i n e 内质网应激对哺乳动物卵母细胞成熟的影响研究进展㊀收稿日期:2019G05G05㊀作者简介:贾甜甜(1992-),女,陕西渭南人,硕士研究生,主要从事动物胚胎研究.∗通讯作者贾甜甜,文㊀扬,高蕾蕾,王丽丽,袁一田,雷安民∗(西北农林科技大学动物医学院陕西省干细胞工程技术研究中心,陕西杨凌712100)㊀㊀摘㊀要:在卵母细胞成熟过程中以及胚胎着床前,具备特定功能的各类蛋白质必须在内质网(e n d o pl a s Gm i c r e t i c u l u m ,E R )中完成折叠与修饰,这对于维持卵母细胞成熟和胚胎发育是至关重要的.然而,外界不良因素的刺激会破坏内质网功能,阻碍蛋白质合成,诱发E R 应激和未折叠蛋白反应(u n f o l d e d p r o t e i nr e Gs po n s e ,U P R ),适当的应激反应有利于细胞恢复功能.卵母细胞和早期胚胎对各类外源刺激高度敏感,多项研究表明E R 应激和U P R 信号影响卵母细胞成熟和胚胎着床前发育.论文总结了E R 应激㊁U P R 信号通路及其在哺乳动物卵母细胞成熟和胚胎着床前发育中的作用和机制的现状,以期为卵母细胞体外发育成熟及人类生殖临床提供借鉴.㊀㊀关键词:卵母细胞;内质网应激;未折叠蛋白反应中图分类号:S 852.2文献标识码:A文章编号:1007G5038(2020)04G0110G05㊀㊀对于真核生物而言,生命活动的正常进行归功于细胞之间流畅的信息交流,某些信息交流需要通过受体结合方式实现,包括可溶性配体(各类激素和递质)和细胞表面分子(受体和黏附因子),其化学本质一般为蛋白质,未经修饰的蛋白质都需要在E R 的膜状网络上进行成熟修饰,折叠成具有特定生物学功能的三维结构,才能向高尔基体转运[1].E R 包含大约一半的总膜面积和三分之一新翻译的蛋白质,通过细胞互作的方式,向其他细胞器转运脂质㊁蛋白㊁钙离子等,其结构和功能的完善对于细胞是必需的[2].然而在外界不良因素刺激下,E R 腔中错误折叠或未折叠蛋白发生积累,这会破坏E R 稳态并诱发E R 应激[3]和未折叠蛋白反应(U P R ),其主要目的是恢复该细胞器的生理活性[4].根据其诱发原因的不同,E R 应激可分为3种类型:①U P R ,这是由于蛋白质未折叠或者错误折叠,在E R 腔内蓄积而引发的,实际上,如不特别说明,大多数的E R 应激指的就是U P R ;②内质网超负荷反应(e n d o p l a s m i cr e t i c u l u m o v e r l o a d r e s po n s e ,E O R ),大量已经正确折叠的蛋白质未能及时输送驻留于E R 腔内,造成细胞核因子κB (N F GκB )被激活;③胆固醇缺乏引发的固醇调节元件结合蛋白质(s t e Gr o l Gr e g u l a t o r y e l e m e n t b i n d i n gpr o t e i n s ,S R E B P )通路调节的反应[5].在正常生理状态下,未折叠和错误折叠的蛋白质通过E R 相关降解(E R Ga s s o c i a t e dd e gr a d a t i o n ,E R A D )系统和细胞质蛋白酶体去除.E R 应激时,E R 可以通过减少蛋白质的合成以及加快未折叠蛋白的处理来缓解细胞内外因素对于E R 的破坏,使其恢复生物学功能.通常主要通过3种途径实现:①U P R ,通过此方式增强E R 对多肽的折叠以及加工能力;②激活蛋白酶体依赖性E R 相关降解(E R A D ),以从E R 中去除蛋白质[6];③控制蛋白质翻译以调节多肽进入E R 的总量.通常这套反应能够成功恢复E R 稳态.然而,当E R 应激持久或过于严重的情况下,细胞将会发生凋亡[7].新蛋白质的合成对于卵母细胞成熟以及随后的胚胎发育是极为重要的.在卵母细胞成熟过程中和胚胎着床前,E R 作为蛋白质,脂质分泌和合成的主要位点,在满足卵母细胞对新蛋白质的需求中起着关键作用.这些功能性蛋白质必须在E R 中正确折叠,从而维持卵母细胞成熟和胚胎发育.卵母细胞和胚胎体外培养过程中可能会遇到各种外源性刺激,对E R 功能和蛋白质合成产生负面影响,导致E R 应激和U P R 信号通路的激活,E R 应激和U P R信号在卵母细胞减数分裂恢复和胚胎着床前发育过程中发挥关键作用,可能参与调节这些重要的生理过程[8].因此,了解E R 应激和体外发育之间的机制关系可以帮助改善卵母细胞成熟和胚胎早期发育质量.本文总结了E R 应激和U P R 信号通路的有关知识,探讨了它们在哺乳动物卵母细胞成熟和着床前胚胎发育中的作用.1㊀内质网应激信号通路哺乳动物细胞利用U P R应对E R稳态扰动,主要是由E R分子伴侣蛋白免疫球蛋白结合蛋白B i P (也称为葡萄糖调节蛋白78或G R P78)介导的,3种E R跨膜蛋白参与E R应激反应:P E R K,I R E1和A T F6.在生理状态下,当内质网蛋白折叠和加工能力与新合成的蛋白质负荷相匹配时,E R伴侣G R P78与这些蛋白质结合.当未折叠蛋白在内质网腔中积累时,G R P78与P E R K㊁I R E1和A T F6解离,并与未折叠的蛋白质结合,以协助其折叠[9].1.1㊀I R E1信号通路酵母中,I R E1监测E R应激,它是一种E R驻留的跨膜蛋白,具有内源性核糖核酸酶结构域.哺乳动物有I R E1p的2个同源物I R E1α和I R E1β, I R E1α在所有组织中都是可检测的,而I R E1β仅限于肠上皮.应激时,I R E1从内质网分子伴侣G R P 78上解离下来磷酸化为I R E1p,其内切核酸酶活性被激活,对X B P1基因进行剪接.X B P1是调节U P R基因表达的主要激活因子,受Ⅱ型跨膜蛋白A T F6的调控.就E R应激反应而言,X B P1活性至关重要,它调节哺乳动物U P R中参与蛋白质折叠,分泌和降解的基因.应激时诱导X B P1转录,转录产物在I R E1p的非常规剪接下,从无活性的X B P1Gu 形式转变为具有活性的X B P1Gs.只有X B P1Gs可以易位至细胞核并与特定启动子元件如E R S E(E R应激反应元件)和U P R元件结合,触发U P R靶基因的激活[10].1.2㊀A T F6信号通路A T F6是一个E RⅡ型跨膜蛋白,哺乳动物有2个A T F6同源物A T F6Gα和A T F6Gβ.在正常情况下,A T F6与E R中的G R P78相结合,E R应激时,A T F6与G R P78解离,从E R转移到高尔基体,在S1P(位点G1蛋白酶)与S2P(位点G2蛋白酶)切割下活化,活性A T F6移动到细胞核,在那里它诱导E R应激应答基因以及E R S EG1和E R S EG2的转录激活.U P R时A T F6的重要靶基因包括G R P78, XB P1和C HO P(C/E B P同源蛋白)[11].1.3㊀P E R K信号通路哺乳动物E R应激时还有一条控制蛋白质翻译的途径.这是由真核翻译起始因子真核翻译起始因子2α(e u k a r y o t i ct r a n s l a t i o ni n i t i a t i o nf a c t o r2a lGp h a,e I F2α)磷酸化介导的.磷酸化的e I F2α抑制其自身的鸟嘌呤核苷酸交换因子(g u a n i n en u c l e o t i d eGe x c h a n g e f a c t o r,G E F)从而全面降低蛋白质的翻译.哺乳动物有4种e I F2α激酶,即G C N2㊁P K R㊁H R I和P E R K,可响应各种应激刺激.所有这些激酶都能够抑制应激反应中的蛋白质翻译.P E R K是一种E R跨膜传感蛋白,是E R应激时的主要转导因子之一,由腔结构域和胞质激酶结构域组成,并且是MAM(线粒体相关内质网膜)的一个组成部分. MAM是E R和线粒体的物理和功能接触位点,其紧密堆积着包括感应氧化应激和调节细胞死亡等各种功能的蛋白质[12].P E R K在细胞内普遍表达,与G R P78结合存在于E R腔中.在E R应激下,P E R K 释放G R P78并触发e I F2α的二聚化和磷酸化,导致蛋白质合成的抑制.P E R K的存在使人们认识到细胞能够调节其新蛋白质合成水平以匹配其E R折叠能力[13].但是e I F2α磷酸化时,转录因子A T F4及其下游靶蛋白C HO P在翻译水平会上调.A T F4上调既能促进细胞存活,又能诱导细胞死亡.轻度E R应激时,A T F4通过调节参与应激反应㊁蛋白质分泌和氨基酸代谢的基因促使细胞存活.但是E R 应激不可克服时,P E R K信号通过上调A T F4和C HO P诱导细胞凋亡,可以说P E R K信号传导决定E R应激的细胞命运[14].综上所述,为了减少在应激时E R中新蛋白质的合成,磷酸化的e I F2α抑制翻译,随后上调A T F4的表达.A T F6被高尔基体室中的S1P和S2P切割并转化为活化的A T F6,I R E1的磷酸化诱导X B P1的剪接,调节E R分子伴侣的转录.最后,重复和持久的E R应激诱导C HO P的活化促使细胞凋亡.2㊀卵母细胞中的内质网应激反应许多报道显示,G R P78介导的3种U P R信号通路也参与卵母细胞减数分裂成熟.已经在未成熟或成熟卵母细胞中检测到E R应激标记基因A T F4㊁A T F6㊁X B P1㊁H S P A5和G R P78.G R P78存在于猪卵母细胞的G V㊁G V B D㊁MⅠ和MⅡ阶段.培养44h的卵丘G卵母细胞复合物(C O C s)中G R P78m R N A表达水平比培养22h时显着增加.此外,相对于22h,44h时C O C S中的G R P78㊁A T F4㊁p50A T F6和C HO P的蛋白表达水平显著升高,E R 应激会导致猪卵母细胞成熟延迟,成熟过程中使用褪黑激素作为E R应激抑制剂时可以恢复猪卵母细胞成熟[15].在小鼠G V期卵母细胞,X B P1蛋白主要定位于核内,MⅠ期定位于纺锤体微管,E R应激信号通路对小鼠卵母细胞成熟至关重要[16].猪X B P1蛋白主要位于G V期卵母细胞细胞核中,R TGP C R显示猪X B P1Gu和X B P1Gs的m R N A存在于111贾甜甜等:内质网应激对哺乳动物卵母细胞成熟的影响研究进展G V期卵母细胞中,但在MⅠ期和MⅡ期卵母细胞中仅检测到X B P1Gu的m R N A[17].这表明猪X B P1可能在卵母细胞成熟中起重要作用.在山羊的卵泡闭锁和颗粒细胞凋亡时,G R P78和C HO P的表达显著上调[18].玻璃化冷冻处理的绵羊C O C s显示E R应激标记物A T F4,A T F6,G R P78和C HO P的m R N A的表达水平增加,表明绵羊卵母细胞冷冻保存与E R应激和U P R信号传导有关[19].肥胖以及多囊性卵巢综合征与E R应激有关,将小鼠C O C在富含脂质的卵泡液中培养,会诱发卵母细胞E R应激,成熟率降低[20].另外,在临床上大剂量注射激素会导致E R应激,造成内质网聚集体S E R C的发生,这会降低卵母细胞核和胞质的成熟,造成形态异常的卵母细胞,影响受精及胚胎发育成熟[21].这些结果表明E R应激和U P R信号传导在哺乳动物卵母细胞中存在的,并且它们对于卵母细胞发育成熟以及确保卵母细胞质量是必需的.3㊀早期胚胎内的内质网应激反应在小鼠中,敲除U P R相关基因对胚胎发育具有负面影响,表明E R伴侣蛋白和E R应激信号在胚胎着床前起重要作用.在小鼠1G细胞阶段发现E R应激信号,并且在囊胚期尤为丰富.在2G㊁4G㊁8G细胞,桑椹胚和囊胚期卵母细胞的胞质和核中均检测到XGb o x结合蛋白G1(XGb o xb i n d i n gp r o t e i nG1,X B P1)信号,但是核中的信号高于质中.R TGP C R分析表明,X B P1Gu和X B P1Gs在2G细胞至囊胚期均有表达,而1G细胞期仅检测到X B P1Gu.在E R应激反应相关基因的分析中,在小鼠胚胎着床前的所有阶段均检测到双链R N A激活蛋白激酶样E R激酶(d o u b l eGs t r a n d e dR N AGa c t i v a t e d p r o t e i n k i n a s eGl i k e E Rk i n a s e,P E R K),细胞凋亡信号调节激酶1(a p o pGt o s i s s i g n a lGr e g u l a t i n g k i n a s e1,A S K1),激活转录因子4(a c t i v a t i n g t r a n s c r i p t i o n f a c t o r4,A T F4),激活转录因子6(a c t i v a t i n g t r a n s c r i p t i o nf a c t o r6, A T F6),葡萄糖调节蛋白78(g l u c o s eGr e g u l a t e d p r oGt e i n78,G R P78),C HO P,生长停滞和D N A损伤诱导基因34(g r o w t ha r r e s tGa n dD N A d a m a g eGi n d u cGi b l e g e n e34,G A D D34)和肌醇需求酶1(I n o s i t o lGr eGq u i r i n g e n z y m e1,I R E1)的m R N A.此外,还在囊胚期小鼠胚胎中检测到G R P78㊁A T F6和P E R K相关基因的m R N A[22].在孤雌激活的猪胚胎中,在4G细胞㊁桑椹胚和囊胚阶段检测到X B P1Gs和X B P1Gu 的m R N A,而在1G和2G细胞阶段仅发现X B P1Gu.4G细胞㊁桑椹胚和胚泡期㊁猪X B P1蛋白在定位于细胞核中,有证据表明E R应激诱导的X B P1剪接可能调节猪的早期胚胎基因组活化[17].有研究通过实时定量P C R和免疫荧光技术测定X B P1和G R P78的R N A丰度来评估早期和晚期胚胎的E R应激[23].在水牛体外受精胚胎的囊胚期检测到E R 伴侣基因G R P78和G R P94的m R N A.E R应激相关的m R N A,包括G R P78㊁E D E M㊁A T F6㊁I R E1㊁A T F4㊁C HO P和X B P1在牛体外受精胚胎中也有表达[24],表明E R应激和U P R信号影响哺乳动物胚胎着床前发育.此外,在猪㊁牛和小鼠的卵母细胞成熟和胚胎发育过程中,将褪黑激素添加到培养基中可有效抵抗E R应激[25G26].牛磺熊去氧胆酸(t a u r o u r s o d e o x yGc h o l i c a c i d,T U D C A)也已用于减轻小鼠卵母细胞成熟和胚胎发育过程中的E R应激[27],E R应激抑制剂处理可以减少E R应激,从而减少细胞凋亡,促进猪孤雌胚胎的体外发育[28].在显微操作时添加E R 应激抑制剂,尤其是T U D C A,可以降低E R中的应激水平,从而抑制细胞损伤并增强猪体细胞核移植胚胎的体外发育[29].在玻璃化冷冻保存的小鼠C O C s培养基中添加枸杞多糖可以减少E R应激,从而提高小鼠C O C s的成熟率和发育能力[30].表明在体外培养过程中,可以通过减少或者消除内质网应激从而降低细胞凋亡,促进卵母细胞成熟,增强胚胎发育潜能.4㊀展望U P R信号通路对于恢复E R稳态和维持正常E R功能极其重要,当错误折叠或未折叠的蛋白质在E R腔中累积时,U P R信号通路被激活以改善E R 应激状态.卵母细胞和早期胚胎在体外培养过程中会遭受到许多不可控的外力侵袭,引发E R应激.这些应激对于卵母细胞成熟和着床前胚胎发育是不利的甚至是致命的.人类临床上高发的多囊卵巢综合症已经被证明是由于E R应激造成的病理现象,而在对女性不孕治疗上,使用过多的超排激素会导致S E R C的发生,造成卵母细胞的异常发育.作为对E R应激的适应性反应,U P R可以促进未折叠或错误折叠的蛋白质的清除,从而帮助卵母细胞去抵抗外界带来的不良影响.然而,如果错误折叠或未折叠的蛋白质持续存在且应激无法缓解时,卵母细胞将通过激活C HO P,J u nN末端激酶(J u n NGt e rGm i n a l k i n a s e,J N K)和C a s p a s e12[31]途径诱导细胞凋亡,这对于哺乳动物卵母细胞成熟和着床前胚胎发育是非常重要的[32].此外,E R应激抑制剂T U D C A和褪黑素已被用于减轻哺乳动物卵母细胞成熟和胚胎发育过程中的E R应激,但是褪黑激素211动物医学进展㊀2020年㊀第41卷㊀第4期(总第322期)在哺乳动物卵母细胞成熟和胚胎着床前对E R应激和U P R信号通路起作用的机制仍不清楚.未来仍需要继续研究E R应激和U P R信号影响哺乳动物卵母细胞成熟和着床前胚胎发育的机制,这对于哺乳动物体外受精及单精子注射技术的提高具有非常重要的指导意义.预防以及规避内质网应激是提高卵母细胞成熟率与质量的有效途径,理解E R应激与体外发育之间的机制关系可以有效改善人类体外辅助生殖技术水平,为人类生殖临床提供借鉴.参考文献:[1]㊀C A O SS,K A U F MA N RJ.E n d o p l a s m i c r e t i c u l u ms t r e s sa n d o x i d a t i v e s t r e s s i nc e l l f a t e d e c i s i o na n dh u m a nd i s e a s e[J].A nGt i o x i dR e d o xS i g n a l,2014,21(3):396G413.[2]㊀颜㊀冰,胡俊杰.内质网相关细胞器互作的研究进展[J].中国细胞生物学学报,2019,41(2):175G184.[3]㊀P A R KJY,K I M J W,e ta l.M e l a t o n i ni m p r o v e st h e m e i o t i c m a t u r a t i o no f p o r c i n eo o c y t e sb y r e d u c i n g e n d o p l a s m i c r e t i c uGl u ms t r e s s d u r i n g i nv i t r om a t u r a t i o n[J].J P i n e a lR e s,2018,64(2):e12458.[4]㊀K R O E G E R H,C H I A N G W C,F E L D E NJ,e t a l.E Rs t r e s s a n d u n f o l d e d p r o t e i n r e s p o n s ei n o c u l a r h e a l t h a n d d i s e a s e[J].F E B S J,2018,286(2):399G412.[5]㊀庄㊀娟.内质网应激[J].生物学教学,2012,37(12):2G4.[6]㊀K O N D R A T Y E V M,A V E Z O V E,S H E N KMA N M,e ta l.P E R KGd e p e n d e n t c o m p a r t m e n t a l i z a t i 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x i,712100,C h i n a)A b s t r a c t:D u r i n g o o c y t em a t u r a t i o n a n db e f o r e e m b r y o i m p l a n t a t i o n,v a r i o u s t y p e s o f p r o t e i n sw i t h s p e c i f i c f u n c t i o n sm u s t b e f o l d e d a n dm o d i f i e d i n t h e e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m,w h i c h i s c r u c i a l f o rm a i n t a i n i n g o o c y t e m a t u r a t i o na n d e m b r y o n i cd e v e l o p m e n t.H o w e v e r,t h es t i m u l a t i o no f e x t e r n a l a d v e r s e f a c t o r sw i l l d e s t r o y t h e f u n c t i o no fE R,h i n d e r p r o t e i n s y n t h e s i s,i n d u c e e n d o p l a s m i c r e t i c u l u ms t r e s s a n du n f o l d e d p r o t e i nr eGs p o n s e,a n da p p r o p r i a t es t r e s s r e s p o n s e i sb e n e f i c i a l t oc e l l r e c o v e r y f u n c t i o n.O o c y t e sa n de a r l y e m b r y o s a r eh i g h l y s e n s i t i v e t o a l l k i n d s o f e x o g e n o u s s t i m u l i.M a n y s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t e n d o p l a s m i c r e t i c u l u m s t r e s s a n dU P Rs i g n a l a f f e c t o o c y t em a t u r a t i o na n de m b r y o p r e i m p l a n t a t i o nd e v e l o p m e n t.T h e p a p e r s u mGm a r i z e d t h e s t a t u s o fE Rs t r e s s,U P Rs i g n a l i n gp a t h w a y a n d i t s r o l e i nm a mm a l i a no o c y t em a t u r a t i o na n d p r e i m p l a n t a t i o nd e v e l o p m e n t,i no r d e r t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o ro o c y t em a t u r a t i o na n dh u m a nr e p r o d u c t i o n c l i n i c.K e y w o r d s:o o c y t e;e n d o p l a s m i c r e t i c u l u ms t r e s s;u n f o l d e d p r o t e i n r e a c t i o n411动物医学进展㊀2020年㊀第41卷㊀第4期(总第322期)。
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卵母细胞成熟过程中信号转导及调控研究进展
卵母细胞成熟过程中信号转导及调控研究进展
苏友强;夏国良
【期刊名称】《生理科学进展》
【年(卷),期】1999(030)004
【摘要】哺服动物卵母细胞成熟机制一直是生殖生物学研究的热点,目前仍有许多环节尚不十分清楚。
本文对卵母细胞成熟过程中复杂的信号转导通路及蛋白质合成过程中的最新进展进行了综述。
【总页数】4页(P345-348)
【作者】苏友强;夏国良
【作者单位】中国农业大学生物学院动物生殖内分泌研究室;中国农业大学生物学院动物生殖内分泌研究室
【正文语种】中文
【中图分类】Q492.5
【相关文献】
1.心肌细胞形成和分化过程中钙信号转导调控的研究进展 [J], 王跃群;刘明耀;吴秀山
2.雌激素及其受体调控卵母细胞成熟的研究进展 [J], 葛均邦;赵慧;马保华
3.miRNA-205在猪卵母细胞成熟过程中表达规律及其调控作用的研究 [J], 陈超;李万宏;孙丽娜;陈树雄;陈璐;李纯锦;周虚
4.miRNA调控哺乳动物卵泡发育和卵母细胞成熟的研究进展 [J], 贺小云; 刘秋月;
储明星
5.微丝在卵母细胞成熟过程中的作用及调控 [J], 王清泉;曹翊杰;倪华
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(LH)的刺激下实现排卵。另一方面,哺乳动物卵母 细胞的成熟过程复杂,可涉及大量调节因子、细胞 结构及多条信号通路【l-3]。
l环磷酸腺苷(cAMP)信号通路
卵母细胞陆续恢复减数分裂,并最终停滞于第2次
减数分裂中期(MⅡ期),形成成熟的次级卵母细胞。
或早期卵泡中加入EGF样生长因子,可激活卵丘颗
粒细胞表面的EGF受体(EGFR),从而促进卵母细胞 减数分裂恢复和卵丘扩大。基质金属蛋白酶抑制剂 GM600I或肿瘤坏死因子仪蛋白酶抑制剂l(tumor
necrosis factor—alpha protease
C型钠尿肽前体(NPPC)刺激cGMP的产生
【Keywords】Oocytes;Meiosis;Ovarian
follicle;Signal transduction;Mammals
(J Int Reprod HeahhlFam Plan,2015,34:132—135,140)
哺乳动物的卵母细胞减数分裂起始于胚胎期, 完成于性成熟后。在出生前后,卵原细胞均进入第 1次减数分裂期成为初级卵母细胞,并停滞于减数
to
a
is
a
complex physiological process regulated by
a
vast
number
of factors,which aims
produce arrested in the secondary metaphase.The meiotic division arrested in secondary metaphase iS mainly dependent
2
另外,第3种控制减数分裂停滞的方式是cyclin 合成与分解的平衡。活化的后期促进因子复合物
(anaphase—promoting comple)【/cyclosome,APC/C)可
B
.分解cyclin B,在GV期次级卵母细胞中,APC活性的阻 断会引起减数分裂的恢复【101。如在P I停滞期cyclin Bl未被持续分解,其浓度增加将导致MPF的激活和
最近研究表明,PKA可直接调节Cdc25磷酸酶和
粒细胞的钠尿肽受体2(NPR2)结合并激活NPR2,而 NPR2是一种鸟苷酸环化酶f13I,可促使cGMP在卵丘
颗粒细胞中积累。另外,卵母细胞除了产生自身抑
制性的cAMP,还能诱导NPR2在卵丘颗粒细胞中的
表达【1引。
1.2.2
cGMP通过抑制特异性cAMP的磷酸二酯酶
Plan.March 2015,Vo]134,No,2
1.2.1
LH反式激活EGF及其受体
多项证据表明
LH反式激活EGF在诱导卵母细胞重新进入减数分 裂周期并排卵过程中具有重要作用。排卵期前,壁 层颗粒细胞在LH作用下迅速产生EGF类生长因子
双调蛋白(amphiregulin,AREG)、上皮调节蛋白 (epiregulin,EREG)和B细胞素(betacellulin,BTC)。 这些EGF样生长因子由成熟细胞表面释放,向COC
Shanghai止∞Tong University,Shanghai 200025,China(LI Yah-dong,ZHU co增.co增,HOU Xiao叫;Ⅱ0);
Department of A natomy,Histology and
Embryology,School of Medicine,Shanghai五∞Tong Unit,ersity,Shanghai
Signaling Pathways Involving in Mammalian Oocyte
Maturation:A
Review
LI Yan-dong,ZHU Cong-cong,
HoU Xiao—xi∞.LIU Yue.DlNG Zhi_k.Department Df Clinical Medieine.Grade 2010、School of Medicine。
Weel激酶的活性【8】。在生发泡(GV)期减数分裂停滞
的卵母细胞,PKA介导Cdc25B磷酸化促进细胞质内
3A(PDE3A)维持cAMP的浓度cGMP可通过缝隙
连接从卵丘颗粒细胞进入到卵母细胞,从而抑制卵
14—3—3蛋白(一种真核生物中广泛表达的酸性蛋白 家族)与Cdc25B的分离使Cdc25B处于失活状态f9I。在 细胞核内,PKA又通过增±JllWeelB的活性使之磷酸 化并抑制MPF的活性,使之在减数分裂停滞期不能
滞在第Ⅱ次分裂中期的卵母细胞成为一个可受精的卵母细胞。在卵母细胞成熟中,第Ⅱ次减数分裂中期的 停滞主要靠细胞内高浓度的环磷酸腺苷(cAMP)维持,而黄体生成激素(LH)、表皮生长因子(EGF)、细胞外 调节蛋白激酶1/2(ERKl/2)、p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)、Ca2+以及缝隙连接(gap junction)等多种分 子和结构及其信号通路均参与或促进了卵母细胞的减数分裂和成熟。现对近期卵母细胞成熟的相关研究进 行综述。与此同时,也为女性不孕症的临床治疗和研究及卵母细胞体外成熟培养提供一定的参考。 【关键词】卵母细胞;减数分裂;卵泡;信号传导;哺乳动物
・132・
国际生殖健康/计划生育杂志2015年3月第34卷第2期JIntReprodHeahh/Fam Plan,March
2015,V01.34,No.2
・综述・
哺乳动物卵母细胞成熟相关信号通路的研究进展
李焱冬,朱聪聪,侯霄枭,刘悦△,丁之德△
【摘要】哺乳动物的卵母细胞成熟是一个由多因子调控的复杂生理过程,主要为完成减数分裂并停
期并排卵【16】。
2.1
1.2环磷酸鸟苷(cGMP)维持cAMP浓度阻止卵母 细胞成熟除了卵母细胞产生cAMP之外,来源于颗 粒细胞的抑制信号也被传送到卵母细胞,维持减数 分裂P I处于停滞状态。哺乳动物卵泡中的卵母细 胞周围包裹着一层卵丘颗粒细胞(内层),形成一个 卵丘一卵母细胞复合体(COC)。COC连接一侧的壁层 颗粒细胞(外层),这是抑制信号的关键来源,其中 涉及cGMP分子。当外层颗粒细胞移除后,卵母细胞 即可恢复减数分裂过程【5l。
激酶和Cdc25B磷酸酶对MPF的直接调节,从而维持 卵母细胞减数分裂处于停滞期,即此停滞期很可能 就是通过这两条通路的协同作用来维持MPF的失活
状态。
起颗粒细胞和卵母细胞中cGMP大量的减少㈣,而卵
母细胞中cGMP的减少足以引起PDE3A的激活。LH
通过LHR引起的cGMP显著降低的机制目前还未知, 但实验的初步数据显示,NPPC mRNA受LH和卵泡 刺激素(FSH)的调控1”】,最可能的机制是LH使NPR2 失活。除此之外,另有一些间接影n向cGMP的因素,如 依赖表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)信 号网络的激活等。与LH作用相似,EGF类生长因子 可使cGMP的浓度降低【151。
自发性减数分裂的恢复…】。其次,CDKl和cyclin B之
LH与EGF信号网络
间也有相互作用,最新的一项体外实验发现,在小 鼠卵母细胞减数分裂恢复过程中,缺乏cyclin B2会
阻碍CDKl的激活n21。
近年来的研究发现,月经周期中LH的激增与 EGF信号网络有关,并提出LH信号通过壁层颗粒细 胞传播至Ucoc,诱导卵母细胞重新进人减数分裂周
核内191,而核内积累的Cdc25B可激活细胞核MPF活
性被抑制的状况下,因此证明了cGMP是在PDE3A的 上游发挥作用,通过抑制PDE3A,从而维持cAMP
浓度【14】。
1.2.3
性。在细胞核中,活化的MPF又促使WeelB释放到细
胞质。由此可见,cAMP调控的PKA活性是通过Weel
LH对cGMP浓度的调节研究发现,LH可引
meiotic
as
cellular
involved in promoting the
division
and oocyte
maturation,such
as
LH,EGF,
as
ERK 1/2,p38MAPK,Ca“and gap junction.Oocyte maturation and its molecular regulation were reviewed,SO to provide useful references for the research and treatment of female infertility and the in vitro maturation.
进入到细胞核。另一方面,当卵母细胞中cAMP水平
母细胞的成熟。其主要的机制是,cGMP具有抑制代 谢卵母细胞PDE3A作用,进而维持高浓度的cAMP。
向小鼠卵母细胞注射特异性PDE水解cGMP可导致
卵母细胞重回减数分裂周期。更重要的是,卵母细
胞的成熟不会发生在PDE3A基因敲除或者PDE3活
下降而PKA活性受到抑制时,Cdc25B被转移到细胞
6审校者
Cdc2)和调节亚基——细胞周期蛋白B(cyclin B)构 成,触发减数分裂的开始。CDKl在未成熟卵母细胞
万方数据
国际生殖健康/计划生育杂志2015年3月第34卷第2期J
Int Reprod Heahh/Fmn Plan,March 2015,V01.34,No.2
・133・
减数分裂恢复中起至关重要的作用[71,MPF的活性受 到高度保守的CDKl上2个残基——Thrl4和Tyrl5磷 酸化负调控作用。Weel激酶(一种核激酶)可使这2 个残基发生磷酸化,抑制MPF的激活;而Cdc25磷酸 酶却使这两个残基去磷酸化,反向激活MPF。
最近的研究结果显示,小鼠卵母细胞可通过以下模 式维持减数分裂的停滞:壁层颗粒细胞通过分泌