人类卵子具有“待机电池模式”，可让其持续使用数十年

人类卵子的设计可以长期存活。当一个人出生时就拥有女性生殖系统，他们已经发育出了一生所需的所有卵子。然而，卵巢中大约 100 万到 200 万个未成熟的卵细胞（称为卵母细胞）可以保持健康并成功受精长达 50 年，这向生殖科学家暗示，它们一定有一个秘密策略来避免如此长时间的损伤。现在，西班牙巴塞罗那的一个发育生物学家团队发现卵母细胞的一个关键部分可以切换到“待机电池模式”，将有限的储备保存更长时间。

7 月 20 日发表在《自然》杂志上的一项研究表明，卵母细胞中的线粒体利用一种不同的能量途径来避开自由基的产生——自由基是一种可以破坏 DNA、蛋白质和细胞壁的化学分子。这一发现为这些细胞的寿命带来了新的启示，并可能有助于推进生育策略。

“女性生育能力随着年龄增长而下降，如果你看看人口统计学研究，就会发现越来越多的女性选择在 30 多岁时生育，”这项研究的资深作者、巴塞罗那基因组调控中心细胞和发育生物学项目组组长 Elvan Böke 说道。但她指出，在这个年龄段，“卵母细胞质量会下降，这是女性生育问题的主要原因。”

Böke 表示，人类卵母细胞尤其独特。由于人类寿命较长，这些细胞必须在体内休眠数十年——但与神经元等其他长寿细胞不同，它们无法再生，任何损伤都可能影响婴儿的健康。Böke 解释说，这是一种有风险但相当成功的策略，但人们对此了解甚少。“文献中对卵母细胞的研究很少，因为获取它们非常非常困难，”她说。之前对其他物种的研究表明，正常的卵母细胞新陈代谢缓慢，可以保持长期稳定性。然而，这对细胞的长期存活意味着什么，仍然是个谜。

“这些细胞寿命很长，可能它们与其他细胞相比还有其他一些功能，”Böke 说道。“我们想知道卵母细胞的策略是什么，才能在多年内保持年轻的细胞质和细胞结构。”

Böke 与本文第一作者、基因组研究员 Aida Rodríguez-Nuevo 和其他同事合作，研究卵母细胞中的线粒体活性，特别是寻找有害活性氧 (ROS) 或自由基的痕迹。在某些功能正常的细胞中，这些分子可以帮助引导必要的过程。但如果它们的水平过高，就会造成很大的损害，甚至在某些情况下会导致癌症。“你真的不想拥有很多这样的分子，”Böke 说。

[相关：为什么医生仍然不了解激素避孕的副作用]

线粒体问题是体内活性氧积聚的主要原因之一。作为细胞的发电厂，线粒体的膜上有一系列蛋白质复合物，可传送电子和带正电的氢离子以产生能量。但电子可能会从链中泄漏出来，并继续与氧气结合，形成自由基。

“据我所知，每个细胞都含有某种活性氧，”Böke 说道。为了分析 ROS 水平，研究小组将线粒体染料应用于人类的活早期卵母细胞，以及拥有特别大卵母细胞的青蛙物种Xenopus laevis 。但当研究小组对这些细胞进行成像时，他们没有发现可检测到的 ROS。“其他细胞就像显微镜下的亮光，而卵母细胞则像漆黑一片。”

接下来，研究小组调查了卵母细胞中自由基生成过程与体内其他细胞的不同之处。他们发现，关键的变化是缺少第一个蛋白质复合物，通常被称为电子的主要“守门人”。复合物 I 是线粒体中电子泄漏的主要来源。

从本质上讲，“卵母细胞的线粒体基本上处于待机模式，”Böke 说。“它们仍在产生能量，但并不活跃。”该团队能够证明，细胞部分将其能量产生转移到第二个蛋白质复合物，虽然效率较低，但产生的少量能量足以帮助卵母细胞存活并维持基本功能。然而，一旦未成熟的卵子在排卵期间开始生长，第一个蛋白质复合物就会组装起来并重新开始产生能量，作者在论文中写道。

[相关：跳跃基因如何劫持进入下一代婴儿体内]

Böke 表示：“现在我们知道复合物 I 并非必需的，这意味着其他蛋白质复合物实际上正在代替它发挥作用，这意味着卵母细胞的代谢线路与许多其他细胞不同。”在发表在同一期《自然》杂志上的一篇研究评论文章中，澳大利亚墨尔本莫纳什大学的生物医学研究人员指出，如果这种改变的代谢途径可能是其他长寿生物早期卵母细胞的普遍特征，那将会很有趣。

“这一发现对于理解长寿细胞如何在几十年内保持活力具有重要意义，”未参与这项研究的作者写道。“具体到卵子，这一发现加深了我们对非凡的原始卵母细胞如何在代际间为细胞核和线粒体 DNA 提供安全避难所的理解。”

但 Böke 表示，线粒体特性和低水平自由基可能并不是影响卵母细胞寿命的唯一因素。她的团队正在研究其他潜在策略，并计划进一步研究卵母细胞在卵巢中生存所需的特定能量来源。进一步的答案可以更全面地展示饮食、营养、生育能力和人类卵子硬度之间的联系。

Böke 希望新发现也能帮助未来的生育能力评估。她想看看线粒体代谢活动的变化是否会对不孕症患者产生影响。“延长生殖寿命，哪怕只有五年，也意味着女性可以怀孕的年龄将从 35 岁上升到 40 岁，”她说。“这实际上会带来巨大的变化。”