澳门大学葛伟组揭示骨形态发生蛋白Bmp15调节斑马鱼卵泡发生的机制

澳门大学健康科学学院葛伟团队长期以斑马鱼为模式生物，从事鱼类生殖发育和内分泌研究，尤其是卵泡发生过程的内分泌和旁分泌调控机制。该团队近年来利用斑马鱼模型，比较研究了卵母细胞特异的生长分化因子9（GDF9；Gdf9/gdf9）和骨形态发生蛋白15（BMP15 or GDF9B；Bmp15/bmp15）在卵泡发生过程中的调控作用和机制。去年12月，该团队揭示了卵母细胞表达的Gdf9在控制早期卵泡发育和维持性腺雌性状态中的重要作用（ZebrafishAdvance | 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 (qq.com)）。2023年9月，该团队在PLOS GENETICS上再次发表文章 “Rescue of bmp15 deficiency in zebrafish by mutation of inha reveals mechanisms of BMP15 regulation of folliculogenesis”，揭示了卵母细胞表达的另一重要生长因子Bmp15在斑马鱼卵泡发生中的调控机制。

研究人员利用CRISPR/Cas9技术，敲除了斑马鱼bmp15基因，结果发现bmp15突变型斑马鱼的卵泡发育阻滞在次级生长期(secondary growth)的卵黄生成前期（previtellogenic stage，PV；stage II)，卵黄蛋白原无法进入卵泡，随后卵泡开始退化，卵巢也随之逐渐地通过性逆转而转化成精巢。这些结果表明，Bmp15是控制卵黄生成和维持性腺雌性状态的重要因子。有趣的是，抑制素（inhibin）α亚基（inha）突变可以有效地挽救bmp15 突变导致的卵泡阻滞，在bmp15和inha的双敲除雌性斑马鱼中（bmp15^-/-; inha^-/-）, 卵黄生成得到恢复（以卵黄颗粒yolk granule的积累为标志），直至卵黄生成中期(mid-vitellogenic stage, MV)（图1）。

进一步的实验表明，bmp15的突变导致产生雌激素的卵巢芳香化酶（cyp19a1a）和激活素βAa亚基（inhbaa）表达的大幅下降，而inha突变的引入则大幅提升了cyp19a1a和inhbaa 在bmp15^-/-; inha^-/-里的表达，从而部分挽救了bmp15 突变导致的卵泡阻滞。这一假设又得到了进一步的实验证明。首先，雌激素处理bmp15突变体同样可以挽救异常表型，恢复卵黄的生成，说明Bmp15的作用涉及雌激素的产生和作用（图2）。其次，抑制素的主要功能是拮抗激活素（activin）的作用，其丧失所导致的inhbaa表达和激活素活性的明显上升可能也是挽救bmp15突变体表型的重要机制之一。

进一步的实验显示， inhbaa 突变可以阻止inha突变对bmp15突变体的挽救作用，在bmp15，inha和inhbaa的三敲除雌性斑马鱼中（bmp15^-/-; inha^-/-; inhbaa^-/-）, 卵黄再次无法生成，同时伴随着血清雌激素和卵黄蛋白原水平的下降（图3）。作者根据这些结果提出，激活素-抑制素（activin-inhibin）系统与bmp15之间存在可能的相互作用，卵母细胞通过分泌Bmp15调节雌激素和卵黄蛋白原的产生，而激活素-抑制素系统有可能参与了这一调控作用（图4）。

葛伟团队近年来对Gdf9和Bmp15的系统研究表明，这两个卵母细胞特异的生长因子在斑马鱼早期卵泡发生过程中起着重要的调控作用，任何一个因子的丧失都导致卵泡发育的阻滞和雌性不育，但两者的功能不同，作用有明显的先后差异。Gdf9在卵泡激活过程中起着关键作用，其丧失导致卵泡发生阻滞在初级生长阶段(primary growth, PG)，不能发育到次级卵泡生长期（secondary growth），其重要特征之一就是卵母细胞无法生成皮层颗粒（cortical alveoli）；而Bmp15则主要影响卵黄生成，其丧失对皮层颗粒的形成没有影响，但卵泡发生阻滞在卵黄生成前期到卵黄生成期的转折点（图4）。

澳门大学博士研究生翟玥为本文第一作者，现就职于吉林大学护理学院。澳门大学健康科学学院葛伟教授为通讯作者。该项研究得到了澳门大学和澳门科学技术发展基金的支持。