哺乳动物卵巢内两群原始卵泡的发生激活分子机制研究

Primordial follicles are the basic functional unit of female reproduction in the adult ovary. The development of primordial follicles directly decide the length of female reproductive life span, and the in-depth investigation of the cellular and molecular mechanisms of primordial follicle development will lead to a more comprehensive understanding of female fertility. Using in vivo cell lineage tracing approaches, we have provided evidence showing that two distinguished waves of primordial follicles exist in the mouse ovary. These two primordial follicle populations differ from each other in terms of their developmental dynamics and their contributions to ovarian physiology. It is however still unknown whether these two waves of primordial follicles are controlled by different molecular networks in their development. By combining the cell lineage tracing models and gene mutation mouse models, we are planning to investigate the inner mechanisms in regulating the establishment and development of two waves of primordial follicles. We believe that our results will provide a relatively complete picture of mammalian primordial follicle development and hopefully lead potential therapeutic options against the female reproductive aging.

原始卵泡作为雌性哺乳动物配子发生的基本单位，其正常的形成与发育直接决定了雌性动物的生育寿命。研究原始卵泡发育发生的内在机理，有助于深入认识雌性哺乳动物卵巢的生理病理机制。申请人前期利用细胞世系在体追踪技术证实了小鼠卵巢中的原始卵泡，按照发育模式和生理功能可区分为两个不同的亚群。然而，两群原始卵泡在发育以及激活过程中，是否是由不同的分子机制所调控尚不清楚。本课题以申请人研究成果和国内外最新进展为依据，利用基因修饰小鼠模型结合细胞世系追踪技术，主要研究两波原始卵泡形成以及激活过程中可能存在的内在分子调控差异，进一步揭示雌性哺乳动物原始卵泡形与发育的内在调控机制。本研究的结果对于深入认识雌性哺乳动物生殖资源库的建立模式，以及雌性卵巢中卵泡激活发育的内在机制有着显著的意义。通过深入探索两群原始卵泡形成与激活的分子调控机理，有助于凝炼出可行的利用卵巢中休眠原始卵泡对抗生殖衰老的新方法。

在哺乳动物，原始卵泡作为雌性生殖的贮存形式，主要以休眠状态存活，而少量的原始卵泡被选择性的逐渐激活并发育最终贡献于排卵与生殖。因此，卵巢内原始卵泡的休眠与激活调控，直接决定雌性动物的生殖寿命长度。前期研究发现原始卵泡通过发育模式可显著区别为两群：快速激活发育的第一波原始卵泡以及形成后即进入休眠并在性成熟前后逐步被激活的第二波原始卵泡。虽然我们的前期工作已经发现了两群原始卵泡的存在，但是对于两群原始卵泡内在发育调控的分子机制差异目前依然是一无所知。在本项研究中，我们的主要研究内容集中于两波原始卵泡形成的分子机制、生理意义及相关调控机理的揭示。在本项目中，利用多种基因修饰动物，结合多种分子以及细胞生物学手段，我们的工作揭示了原始卵泡多态性的形成机制以及其存在的生理意义。通过敲除前颗粒细胞中的原始卵泡激活关键调控元件KITL，我们发现卵巢中存在的两波原始卵泡具有不同的激活机制，第一波原始卵泡的激活不依赖于前颗粒细胞的活化，而是由卵母细胞中PI3K信号通路在原始卵泡形成前的提早活化的引导的。进一步的，我们通过在研究中所建立的原位染色体核型分析技术，将原始卵泡形成前的胚胎性腺中卵母细胞核型与PI3K信号的开放程度进行共定位，结果表明卵母细胞中PI3K的提前活化以及第一波原始卵泡的形成，与卵母细胞减数分裂进程的差异性密切相关，即越早进入双线期的卵母细胞其PI3K信号通路越早开放，进而使得第一波原始卵泡能够快速的激活并发育。针对原始卵泡异质性的生理意义，我们发现第一波原始卵泡的快速激活与发育，可能与雌性动物青春期始动密切相关。通过对两种近交系小鼠C3H以及B6进行检测，我们发现早青春期始动的C3H品系，其在原始卵泡形成前PI3K信号通路的开放、减数分裂进程、以及第一波原始卵泡形成均早于晚青春期始动的B6品系。因此，我们认为第一波快速激活的原始卵泡与青春期始动的早晚密切相关。