澳门大学葛伟组揭示生长分化因子Gdf9在斑马鱼卵泡发生中的重要作用

澳门大学健康科学学院葛伟团队长期以来以斑马鱼为模式动物，从事鱼类生殖发育和内分泌研究，尤其聚焦于卵泡发生的内分泌和旁分泌调控。2007年，葛伟在香港中文大学的团队首次在鱼类中证明了Gdf9 的存在，并揭示了它在卵母细胞中特异表达的特性以及在卵泡发生过程中的可能作用，尤其是早期卵泡的发育[1]。2017年，葛伟的澳门大学团队继续研究了gdf9在性别分化前、分化中和分化后的表达水平，结果显示gdf9的表达和雌性性腺发生有着明显的相关性，表明gdf9可能参与促进斑马鱼的卵巢分化[2]。2022年12月15日，该团队在PLoS Genetics上发表文章 “Loss of growth differentiation factor 9 causes an arrest of early folliculogenesis in zebrafish – a novel insight into its action mechanism”，进一步用遗传分析的方法揭示了卵母细胞表达的gdf9在斑马鱼卵泡发生中的重要作用。

该研究利用TALEN技术，敲除了斑马鱼gdf9基因，结果发现gdf9突变型斑马鱼的卵泡发育阻滞在初级生长期（primary growth，PG)，无法完成卵泡激活过程，随后这些卵泡开始退化，卵巢也随之逐渐地通过性逆转而转化成精巢（图1）。这些结果表明，gdf9是控制早期卵泡发育和维持性腺雌性状态的重要因子。有趣的是，去除雄性化基因dmrt1可以阻止gdf9突变体性逆转的发生。

进一步的实验显示，雌激素处理无法挽救gdf9 突变导致的卵泡阻滞，说明Gdf9的作用不涉及雌激素的产生和作用。有趣的是，抑制素（inhibin）α亚基（inha）突变可以有效地挽救gdf9 突变导致的卵泡阻滞。在gdf9和inha的双敲除雌性斑马鱼中（gdf9^-/-;inha^-/-）,卵泡的发生得到恢复，包括卵泡激活（以皮层泡cortical alveoli的产生为标志）和卵黄生成（以卵黄颗粒yolk granule的积累为标志）等，直至卵黄生成中期（图2）。因为抑制素的主要功能是拮抗激活素（activin）的作用，其丧失而导致的gdf9突变体表型的恢复表明，Gdf9的作用可能涉及激活素。作者进一步的分析表明，在gdf9突变体的卵泡中，激活素βAa 亚基 (inhbaa) 的表达显著降低，而在双突变体（gdf9^-/-;inha^-/-）中其表达量显著升高，这与作者近期的体外实验结果是一致的。重组斑马鱼Gdf9在体外卵泡细胞培养中，可以明显提高inhbaa的表达，而这一作用可能是通过激活Smad2/3的信号传导途径完成的[2]。作者根据这些结果提出，激活素-抑制素（activin-inhibin）系统与gdf9之间存在潜在的调控关系。卵母细胞通过分泌Gdf9促进卵泡细胞产生和分泌激活素，后者反过来作用于卵母细胞，促进卵泡的激活和发育。Gdf9的丧失导致激活素的下降，但抑制素的丧失则恢复激活素的表达并提高其活性，从而挽救gdf9缺失导致的卵泡发育阻滞（图3）。

通过以上实验，作者提出在斑马鱼卵泡发生过程中：（1）Gdf9对早期卵泡发育非常重要，尤其是从初级生长期（PG）到次级生长期（secondary growth，SG）的转变阶段；（2）卵母细胞分泌的Gdf9与卵泡细胞分泌的activin-inhibin系统存在可能的上下游调控关系。来自卵母细胞的Gdf9通过旁分泌信号通路促进卵泡细胞激活素的表达和分泌，后者转而作用于卵母细胞，调控皮质泡的形成和卵泡激活（图3）。

澳门大学博士后陈伟庭为论文的第一作者，翟玥、朱波和吴堃为共同第一作者，葛伟教授为该论文的通讯作者。

参考文献：

1. Liu L, Ge W. Growth differentiation factor 9 and its spatiotemporal expression and regulation in the zebrafish ovary. Biol Reprod 2007; 76:294-302.

2. Chen W, Liu L, Ge W. Expression analysis of growth differentiation factor 9 (Gdf9/gdf9), anti-mullerian hormone (Amh/amh) and aromatase (Cyp19a1a/cyp19a1a) during gonadal differentiation of the zebrafish, Danio rerio. Biol Reprod 2017; 96:401-413.