作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2023/10/17 11:36:59
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补它,延缓生育能力下降

 

文 | 《中国科学报》 记者 李晨

在南京农业大学实验动物中心,熊波教授的课题组有一间特殊的小白鼠饲养室。里面放着100多个笼子,每个笼子里养着5只小白鼠,3个研究生每人负责200多只。他们悉心照料着这些小白鼠,每隔两三天就要换垫料、饮用水、鼠粮,在饲养室里一待就是半天。
和别人养的实验鼠不同,这些小白鼠都是一岁多的老年雌鼠。
为什么搭建这样一座小白鼠的“养老院”?熊波告诉《中国科学报》,近年来,他的团队一直在研究高龄如何影响女性生育率下降。“现代社会高龄产妇越来越多。我的学生有的博士毕业时就30多岁了,等工作稳定下来再考虑生孩子,就成了超过35岁的高龄产妇。”
10月16日,《自然-衰老》在线发表了熊波团队对老年小白鼠的最新研究成果。他们发现,通过添加一种名为亚精胺的物质,可以抑制母体衰老诱导的过量活性氧的产生和细胞凋亡,从而提高卵子减数分裂成熟的比例、受精能力和胚胎发育潜能,最终增加产崽数量。
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实验室里的老年小白鼠。受访者供图

等待小白鼠变老

“专门出售老年小白鼠的公司不多,而且价格比较贵。我们用的是繁殖退役的实验小白鼠,都是经过正常生育的。接收这些小白鼠以后还要饲养4到6个月,让它们进入生殖老年期。”熊波向《中国科学报》解释,这样的小白鼠是正常衰老的,有的甚至体弱、有老年病,更加接近生物的正常生理周期变化,有利于他们获得更准确的实验数据。
论文第一作者、南京农业大学博士生张玉从硕士阶段就进入熊波实验室,到如今已有六七年,她熟练掌握了研究所需的实验技能。
张玉说,他们必须获得小白鼠的卵母细胞,老年鼠的卵母细胞必须在12到13个月的时候提取,再晚两个月可能就取不到了。小白鼠和人类一样,上了年纪后卵母细胞就会减少,一只小白鼠有时候只能提取出几个卵母细胞,不像6到8周的年轻小白鼠那样可以取20到30多个卵母细胞。这些都大大增加了实验难度。
2022年底,受新冠疫情影响,熊波团队师生都不能及时来照顾老年小白鼠。
而那时候正是他们修改论文的关键时刻。
“三四百只小白鼠过了实验节点,全部浪费了。”熊波说,他们不得不更新换代,重新等待小白鼠变老。

从延缓衰老到延长生育期

在这座小白鼠“养老院”里,熊波团队找寻着高龄生育的良方。
“人类的生育能力随着年龄的增长而急剧下降,尤其是在35岁之后。”熊波告诉《中国科学报》,34岁以下的女性大约10%无法实现自然生育,而45岁以上女性则有87%无法自然生育。
高龄妇女的不孕、自然流产、围产期死亡、胎儿先天性异常的风险都会增加。虽然当代辅助生殖技术可以在一定程度上弥补高龄生育的缺憾,但随着年龄的增长,辅助生殖技术,如人工授精、试管婴儿的成功率会骤然下降。
“就好像一片肥沃的土地如果没有好的种子就不可能种出好庄稼一样。”熊波说,这种趋势主要和卵巢储备、卵母细胞质量与年龄相关的退化,以及较高的非整倍体率有关。
有没有可能改善卵母细胞的发育环境,从而延缓人类生育年龄?
从2009年以来,科学家就注意到亚精胺这种多胺化合物有很好的延缓机体衰老过程的作用。
张玉介绍,亚精胺最初是从精液中分离出来的,也存在于包括卵巢在内的大多数细胞和组织中。由于其具有抗炎活性、抗氧化性、强化线粒体功能和增强蛋白稳态等特性,可参与多种细胞事件。
据报道,通过诱导自噬,亚精胺可延长酵母、果蝇、线虫以及人类免疫细胞的寿命。“尽管有关亚精胺对体细胞衰老恢复作用的研究报道越来越多,但亚精胺对生殖细胞衰老的影响尚未明确。”熊波说,这是他们关注亚精胺的原因。

高龄生育的希望

“我们采用了最近比较热门的组学方法来研究年轻小白鼠和老年小白鼠的卵巢代谢物。”张玉说,通过质谱分析技术,他们非靶向性地研究了小白鼠卵巢中的代谢组图谱。结果发现,和其他代谢物相比,亚精胺在老年小白鼠的卵巢中明显减少。
为了探究亚精胺是否是维持雌性生殖寿命的关键代谢物,他们对老年小白鼠进行体内注射补充亚精胺。结果发现,腹腔注射补充亚精胺可以显著提高老年小白鼠卵巢中的亚精胺水平,并且促进卵母细胞成熟,提高受精率和囊胚发育率。
为了深入了解亚精胺改善老龄卵母细胞质量的潜在机制,他们进行了微量转录组研究,发现补充亚精胺能够挽救线粒体自噬。线粒体自噬是线粒体自我更新的一种机制,它通过自噬作用消除损伤的线粒体,进而提高细胞内线粒体功能,降低老龄卵子内活性氧的积累和DNA损伤水平,从而改善卵子质量。
在研究论文投稿后,审稿人向他们提出了通过饮食补充亚精胺的建议。于是熊波团队补充了相关实验。他们发现,在小白鼠的饮用水中补充亚精胺,也能够改善关键的生殖能力指标。“不过,直接注射和饮食补充的效果有区别,注射见效比较快,饮食补充大概需要一个月时间才有效果。”张玉说。
亚精胺是一种在食物中存在的物质,例如豆类、全麦中的亚精胺含量较高。
但熊波提醒,尽管这些食物中含有亚精胺,但如果要达到有效剂量必须大量摄入,所以通过食物补充亚精胺目前还不是很有效。
他们进一步在猪的卵母细胞中验证了亚精胺的功能。“现在生猪养殖面临着能繁母猪老年化的问题。一般母猪产崽到第6至第7胎,数量就会大幅度下降。如果能延长它们的生育期,将会大大提高养殖业的经济效益。”熊波说,他们将会推进相关领域的应用研究。
不过,他们的研究发现,亚精胺的添加剂量比较敏感,过多会给小白鼠的卵子质量带来负面影响。这也是下一步需要深入研究的问题。
该研究基于卵巢代谢组学数据和大量体内和体外实验证明,亚精胺是维持母体衰老过程中卵母细胞质量的关键代谢物。该研究或对应用亚精胺改善高龄妇女自然妊娠或辅助生殖技术的生殖结局具有潜在的临床意义。
“总体而言,这是一项非常有趣且技术上做得很好的工作。它将产生巨大的转化影响。”论文审稿人如此评价该研究。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s43587-023-00498-8

 
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