随着晚婚晚育现象的增多,高龄女性群体生育需求越来越大。女性的生育能力从35岁开始下降,并在40岁以后快速下降。高龄女性生育能力下降是卵巢衰老的结果。随着年龄的增长,女性卵巢中卵母细胞数量逐渐减少,同时还伴有卵母细胞质量的下降,从而导致受精失败和胚胎质量下降,妊娠率降低,流产率增加。因此,许多高龄女性需要接受体外受精-胚胎移植(in vitro fertilization-embryo transfer, IVF-ET)助孕,但同样面临着助孕成功率低下的问题。沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,SIRT1)是依赖氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide+,NAD+)的去乙酰化酶,具有抗衰老、抗细胞凋亡、抗氧化、调节卵巢功能和女性生育能力等作用。SIRT1在人卵巢组织和颗粒细胞中表达。颗粒细胞凋亡会影响卵母细胞的生长因子和营养物质,导致卵母细胞凋亡。颗粒细胞的功能与卵母细胞的发育密切相关,影响卵母细胞质量。SIRT1参与调节颗粒细胞增殖和凋亡。
白藜芦醇(resveratrol,RESV)是目前活性最强的SIRT1激活剂,是一种天然的多酚化合物,主要存在于葡萄、花生、大豆和浆果中,在红葡萄皮中含量尤其丰富,具有广泛的生物学作用,包括抗炎、抗氧化、抗衰老、免疫调节、改善卵巢功能和影响卵巢颗粒细胞增殖、细胞凋亡及激素分泌
[1]。接受IVF-ET助孕的高龄女性中,RESV在卵巢颗粒细胞功能调节中如何发挥作用尚未完全阐明。因此,探讨RESV对高龄女性卵巢颗粒细胞功能的调控作用和调控过程中SIRT1的作用机制,有助于高龄女性改善颗粒细胞功能、延缓卵巢衰老,提高生育力和IVF-ET助孕的成功率。
1 资料与方法
1.1 研究对象
选取2022年4-12月在海南医科大学第一附属医院生殖中心接受IVF-ET的60例符合标准的女性患者,包括30例高龄患者和30例非高龄患者。高龄患者入选条件:年龄≥40岁(高龄组);非高龄患者纳入选:年龄<35岁(非高龄组)。非高龄患者标准与高龄患者配对。2组患者排除标准:内分泌疾病和染色体异常。2组患者基本信息见
表1。所有研究对象已签署知情同意书。该项目通过本院伦理委员会审批,伦理审批号:2021(科研)第(86)号。
1.2 主要试剂和仪器
胎牛血清、胰酶(0.25% Trypsin-EDTA)和杜尔贝科改良 Eagle 培养基(Dulbecco’s modified Eagle medium, DMEM)/F-12营养混合物(nutrient mixture F-12,F12)培养液(美 国 Gibco 公 司), RESV 粉 末 和 EX527(SIRT1抑制剂)粉末(美国Sigma公司),淋巴细胞分离液(美国Pharmacia公司),TRIzol试剂(美 国 Ambion 公 司),B 细 胞 淋 巴 瘤 2(B-cell lymphoma 2,Bcl-2)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶3(cysteine-aspartic acid protease 3,Caspase-3)和PCR引物(金唯智生物科技有限公司),逆转录试剂盒(日本TaKaRa公司),抗体(美国Abcam公司),蛋白Marker(美国Thermo公司),增强化学发光试剂(美国Millipore公司),雌二醇化学发光法检测试剂盒(美国Beckman公司),脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的dUTP缺口末端标记(Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling,TUNEL)细胞凋亡检测试剂盒(上海碧云天生物技术有限公司)。逆转录PCR仪、离心机和蛋白质浓缩仪(美国Eppendorf公司),CO2培养箱(日本SANYO公司),超声破碎仪(美国Cole Parmer公司),十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)垂直电泳槽(美国Bio-Rad公司),酶标仪(美国宝特公司),核酸蛋白质分析仪(美国Beckman公司),荧光显微镜 (日本Olympus公司), 凝胶成像仪(德国GE公司)。
1.3 卵巢刺激方案
高龄组和非高龄组患者均使用拮抗剂方案,达到标准时给予扳机,扳机后32~36 h取卵。获得患者知情同意,捡卵后收集卵泡液。
1.4 卵泡液颗粒细胞培养
采用密度梯度离心法分离提纯卵泡液中的颗粒细胞。将收集的卵泡液在室温下200 g离心5 min。吸去上清,加入含0.2%透明质酸酶的磷酸盐缓冲液(phosphated buffer saline,PBS),室温下作用30 min。吸取细胞悬液置于淋巴细胞分离液表面,室温下150 g离心20 min后收集位于中间白色层的颗粒细胞。选用含10%牛血清的DMEM/F12培养液,37 ℃培养颗粒细胞24 h,换液去除未贴壁的血细胞和颗粒细胞,纯化颗粒细胞
[2]。取高龄女性颗粒细胞样本30例,分为3组:对照组、RESV组和EX527(SIRT1抑制剂)组,对照组颗粒细胞不使用药物处理,RESV组颗粒细胞置于含100 μmol·L
-1 RESV培养液中培养48 h,EX527组颗粒细胞置于含EX527的培养液中培养48 h,胰酶消化后收集颗粒细胞。
1.5 实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)法检测各组细胞中目的基因mRNA表达水平
使用TRIzol液充分裂解颗粒细胞,去除基因组DNA,提取RNA,然后将RNA逆转录合成cDNA。RT-qPCR法检测细胞中SIRT1、类固醇激素合成急性调节蛋白(steroidogenic acute regulatory protein,stAR)、细胞色素P450家庭19(cytochrome P450 family 19,CYP19)和细胞色素P450家族17(cytochrome P450 family 17,CYP17)mRNA表达水平。以β-actin作为内参,每个样本均检测3次,采用2
-ΔΔCt法计算目的基因mRNA表达水平。所检测基因的引物序列见
表2。
1.6 Western blotting法检测各组细胞中Caspase-3和Bcl-2蛋白表达水平
充分裂解颗粒细胞,离心裂解液后收集上清,BCA法测定蛋白浓度。准备蛋白缓冲液,进行SDS-PAGE电泳,80 V恒压电泳50 min,然后120 V恒压电泳,于溴酚蓝刚出凝胶底端停止电泳。聚偏氟乙稀(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜预处理,制作凝胶转印堆积层。低温条件下,100 V恒压60~120 min转膜。取出杂交膜,用5%脱脂奶粉溶液室温下封闭1 h。将膜放入一抗稀释液中37 ℃孵育2 h,再将膜放入对应的二抗稀释液中37 ℃孵育1 h。使杂交膜与化学荧光发光底物反应5 min,将膜移入暗盒显影,进行图像扫描。以GAPDH作为内参,采用Image J软件分析蛋白条带灰度值,计算目的蛋白表达水平。目的蛋白表达水平=目的蛋白条带灰度值/内参蛋白条带灰度值。
1.7 化学发光法检测人绒毛膜促性腺激素(human chorionic gonadotropin,HCG)注射日各组高龄女性颗粒细胞培养液中雌二醇水平
颗粒细胞培养完成后留取适量培养液。使用化学发光法试剂盒检测各组培养液中雌二醇水平。
1.8 各组颗粒细胞凋亡率检测
颗粒细胞经培养贴壁后,去除培养液,PBS缓冲液洗涤后使用4%多聚甲醛固定30 min,洗涤细胞后,室温下在含0.3% Triton X-100的PBS缓冲液中孵育5 min。洗涤细胞后于TUNEL检测液中避光37 ℃孵育1 h。充分洗涤细胞后,于适量DAPI染色液中室温孵育5 min,洗涤细胞后使用荧光显微镜观察颗粒细胞凋亡情况,经DAPI染色的细胞核呈蓝色,TUNEL阳性细胞为凋亡细胞,细胞核经TUNEL试剂染色呈绿色,细胞凋亡率为同一视野内绿色细胞核数占蓝色细胞核总数的百分率,每份颗粒细胞样本计算3个随机视野的平均凋亡率。
1.9 统计学分析
采用SPSS 22.0软件进行统计学分析。各组患者颗粒细胞中SIRT1 mRNA和蛋白表达水平,各组高龄女性颗粒细胞中SIRT1、STAR、CYP19和CYP17 mRNA及蛋白表达水平,HCG日雌二醇水平,颗粒细胞凋亡率以及细胞中Bcl-2和Caspase-3蛋白表达水平均符合正态分布,以x±s表示,2组间样本均数比较采用两独立样本t检验,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间样本均数两两比较采用SNK-q检验。以P<0.05 为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 高龄组和非高龄组患者颗粒细胞中SIRT1 mRNA及蛋白表达水平
与非高龄组(3.10±1.16,0.44±0.17)比较,高龄组患者颗粒细胞中SIRT1 mRNA和蛋白表达水平(1.66±0.87,0.25±0.15)均降低(P<0.05)。
2.2 各组高龄女性颗粒细胞中SIRT1 mRNA和蛋白表达水平
与对照组(2.79±1.48,0.28±0.18)比较,RESV组高龄女性颗粒细胞中SIRT1 mRNA和蛋白表达水平(6.11±2.84,0.62±0.20)均升高(P<0.05),EX527组高龄女性颗粒细胞中SIRT1 mRNA和蛋白表达水平(1.64±1.20,0.13±0.07)均降低(P<0.05)。2.3 各组高龄女性颗粒细胞中StAR、CYP19和CYP17 mRNA及蛋白表达水平 与对照组(3.50±1.76,0.55±0.32)比较,RESV组高龄女性颗粒细胞中StAR mRNA和蛋白表达水平(6.68±2.64,0.81±0.29)升高(P<0.05),EX527组颗粒细胞中StAR mRNA和蛋白表达水平(1.98±1.01,0.31±0.24)降低(P<0.05)。与对照组(3.04±1.55,0.44±0.31)比较,RESV组高龄女性颗粒细胞中CYP19 mRNA和蛋白表达水平(4.72±2.34,0.67±0.25)升高(P<0.05),EX527组高龄女性颗粒细胞中CYP19 mRNA和蛋白表达水平(1.85±1.24,0.28±0.28)降低(P<0.05)。与对照组(5.11±3.10,0.48±0.34)比较,RESV组高龄女性颗粒细胞中CYP17 mRNA和蛋白表达水平(8.15±2.96,0.81±0.35)升高(P<0.05),EX527组高龄女性颗粒细胞中CYP17 mRNA和蛋白表达水平(2.62±1.79,0.27±0.25)降低(P<0.05)。
2.4 HCG注射日各组高龄女性细胞培养液中雌二醇水平
与对照组(3 730 pmol·L-1±1 656 pmol·L-1)比较,RESV组高龄女性细胞培养液中雌二醇水平(5 298 pmol·L-1±2 274 pmol·L-1)升高(P<0.05),EX527组高龄女性细胞培养液中雌二醇水平(2 664 pmol·L-1±964 pmol·L-1) 降低 (P<0.05)。
2.5 各组高龄女性颗粒细胞凋亡率以及细胞中Bcl-2和Caspase-3蛋白表达水平
与对照组(凋亡率:17.24%±5.64%,Bcl-2:0.23±0.18,Capase-3:0.43±0.18)比较,RESV组高龄女性颗粒细胞凋亡率(6.60%±4.28%)降低(
P<0.05),颗粒细胞中Bcl-2蛋白表达水平(0.42±0.23)升高(
P<0.05),颗粒细胞中Caspase-3蛋白表达水平(0.22±0.13)降低(
P<0.05);EX527组颗粒细胞凋亡率(36.38%±9.03%)升高(
P<0.05),颗粒细胞中Bcl-2蛋白表达水平(0.12±0.06)降低(
P<0.05),Caspase-3蛋白表达水平(0.80±0.33)升高(
P<0.05)。见
图1。
3 讨 论
卵巢衰老是指卵巢功能随着年龄的增长而下降,其特点是卵巢内卵泡数量和质量逐渐下降。卵泡微环境中的颗粒细胞位于卵母细胞周围区域,颗粒细胞作为卵巢的重要组成部分,在卵泡发育中发挥关键作用,参与卵母细胞生长、成熟和微环境维持的调控,颗粒细胞凋亡是卵泡闭锁的重要原因
[3-4]。颗粒细胞是卵泡中主要的功能细胞,分泌雌二醇和孕酮以及细胞因子,以自分泌和旁分泌的方式影响卵泡的生长、发育及成熟
[5]。SIRT1在颗粒细胞凋亡中发挥重要作用
[6]。
本研究结果显示:高龄女性卵巢颗粒细胞中SIRT1表达水平降低。ZHAO等
[7]发现:接受IVF/卵胞质内单精子注射(in tracytoplasmic sperm injection,ICSI)的患者中,随着年龄增加,卵泡液和颗粒细胞中SIRT1 mRNA及蛋白表达水平降低。SIRT1可能参与卵巢衰老过程,提示SIRT1可能是改善高龄患者卵巢功能的潜在靶点。ILJAS等
[8]证实:老年雌性小鼠卵母细胞中SIRT1减少会影响卵母细胞的发育能力,导致小鼠生育能力加速下降。GUO等
[9]证实:卵巢早衰小鼠的卵巢组织中SIRT1表达量降低。YANG等
[10]发现:SIRT1保护化疗诱导的卵巢早衰小鼠的卵巢颗粒细胞,防止卵巢损伤,同时减少氧化损伤和炎症。LI等
[11]发现:激活SIRT1可抑制DNA损伤和细胞凋亡,从而逆转衰老卵母细胞质量下降。
RESV的抗衰老机制与其在哺乳动物繁殖中的抗凋亡和抗氧化特性有关。RESV通过SIRT1调节细胞增殖、凋亡和分泌活性来控制颗粒细胞的功能。RESV可以通过其抗氧化和抗凋亡功能来提高卵母细胞的质量
[12]。
本研究结果显示:RESV能够促进高龄女性卵巢颗粒细胞中SIRT1的表达。WU等
[13]发现:RESV通过抑制氧化应激和激活SIRT1来改善老年大鼠的卵巢功能,RESV能显著提高老年大鼠卵巢的SIRT1蛋白表达水平,降低Caspase-3蛋白水平,明显增加卵巢储备,增加原始和初级卵泡的数量,降低卵巢的氧化损伤,延缓卵巢衰老。ZHU等
[14]证实:RESV可能通过激活SIRT1以减少炎症和内质网应激,并最终延缓短命鱼的卵巢衰老。随着年龄的增长,SIRT1表达水平降低。GUO等
[9]发现:在小鼠腹腔注射SIRT1拮抗剂EX527可降低卵巢功能,导致卵巢早衰,SIRT1激动剂RESV可促进卵巢早衰小鼠卵巢功能的恢复,缓解卵巢早衰症状。SZYMANSKA等
[15]证实:在人颗粒-黄体细胞中,SIRT1激活剂RESV呈时间-剂量依赖性增强SIRT1 mRNA和蛋白表达水平,而SIRT1抑制剂EX527可抑制SIRT1蛋白表达。NIE等
[16]发现:RESV通过增加IVF助孕女性颗粒细胞中SIRT1表达,从而减少颗粒细胞的氧化损伤。
本研究结果显示:RESV通过促进SIRT1表达增加高龄女性颗粒细胞中类固醇激素合成酶的表达,从而促进颗粒细胞合成雌二醇。GUO等
[9]证实:人黄素化颗粒细胞中敲除
SIRT1基因后,参与雌激素合成的相关基因如
CYP19A1和
CYP17A1和
STAR以及一些功能受体表达水平降低,表明
SIRT1可能参与人黄素化颗粒细胞中雌激素合成的调节和受体表达。采用慢病毒敲除
SIRT1基因后,人黄素化颗粒细胞中雌激素的合成和分泌明显降低。SZYMANSKA等
[15]证实:RESV通过抵抗氧化功能障碍,保护大鼠卵巢黄素化颗粒细胞,提高细胞活力,刺激黄体酮和雌二醇的分泌,并抵抗细胞凋亡。HU等
[17]发现:RESV的β-环糊精复合物能够维持卵巢颗粒细胞功能,抑制小鼠卵巢早衰。采用β-环糊精复合物处理甲发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency,POI)小 鼠 后,血液中雌激素水平明显恢复。SONG等
[18]发现:RESV促进人颗粒细胞中StAR的表达和孕酮的产生。JIANG等
[19]发现:RESV可促进牦牛颗粒细胞的增殖、抗氧化特性和黄体酮的产生。RESV通过上调
Bcl-
2和
SIRT1基因,下调
Caspase-
3和
P53基因表达,提高细胞活力和增殖活性,抑制颗粒细胞凋亡,促进黄体酮分泌和P4合成相关基因的表达。LI等
[20]证实:褪黑素通过SIRT1/STAR通路改善颗粒细胞的线粒体功能障碍和类固醇紊乱。CAI等
[21]发现:大鼠卵巢颗粒细胞分泌雌激素功能受到SIRT1调节。
本研究结果显示:RESV通过促进SIRT1表达,从而上调Bcl-2蛋白表达水平,下调Caspase-3蛋白表达水平,抑制颗粒细胞凋亡。研究
[22]显示:RESV增加IVF助孕患者卵巢颗粒细胞中抑制凋亡蛋白水平,降低Caspase-3蛋白水平。CAI等
[21]发现:RESV通过SIRT1减少氧化应激导致的大鼠卵巢颗粒细胞凋亡。SEVGIN等
[23]发现:RESV治疗可导致SIRT1过表达,并通过激活SIRT1/Bcl-2通路改善大鼠卵巢早衰。LIANG等
[24]证实:接受IVF治疗的不孕症患者中,RESV通过抑制颗粒细胞凋亡来改善卵巢状态;RESV处理后,颗粒细胞凋亡率降低,Caspase-9蛋白表达水平降低,Bcl-2蛋白表达水平升高。JOO等
[25]发现:SIRT1可抑制COV434颗粒细胞凋亡。YU等
[26]发现:抑制SIRT1表达会促进鸡颗粒细胞凋亡;增加
SIRT1 mRNA 表 达 后, Bcl-2 蛋 白 表 达 水 平 升 高,Caspase-3蛋白表达水平降低,从而抑制鸡的颗粒细胞凋亡。XU等
[27]证实:SIRT1能够抑制牛卵巢颗粒细胞凋亡。SIRT1抑制剂EX527处理后Caspase-3蛋白表达水平升高,Bcl-2蛋白表达水平降低,细胞凋亡率升高。PARK等
[28]发现:氧化应激会抑制SIRT1表达,促进p53蛋白表达,导致颗粒细胞凋亡。GUO等
[9]证实:在小鼠模型中,氧化应激的增加可抑制SRIT1表达,诱导人黄素化颗粒细胞凋亡。
综上所述,高龄女性卵巢颗粒细胞中SIRT1表达降低。RESV通过促进高龄女性颗粒细胞中SIRT1表达,进而抑制颗粒细胞凋亡,增加颗粒细胞类固醇激素合成酶表达,促进颗粒细胞合成雌二醇。因此,RESV可能有利于改善高龄女性卵巢颗粒细胞功能,从而提高卵母细胞质量和生育力。
海南省科技厅自然科学基金项目(821RC702)
海南省卫健委省级临床医学中心项目(2021)
海南省科技厅院士创新平台科研项目(2022)