人类卵子被设计成能够经受漫长的时间。当一个拥有女性生殖系统的个体出生时，她们一生所需的全部卵子就已经发育好了。然而，卵巢中大约 100 到 200 万个未成熟的卵细胞（称为卵母细胞）可以在长达 50 年的时间里保持健康并成功受精，这使得生殖科学家们推测它们一定有一种秘密策略来长时间避免损伤。现在，一个位于西班牙巴塞罗那的发育生物学家团队发现，卵母细胞的关键部分可以切换到“待机电池模式”，从而更长时间地保存有限的储备。
一项于 7 月 20 日发表在《自然》杂志上的研究揭示，卵母细胞中的线粒体利用了另一种能量途径，这种途径可以绕过自由基（可能对 DNA、蛋白质和细胞壁造成严重破坏的化学分子）的产生。这些发现为这些细胞的长寿提供了新的视角，并可能有助于推进生育策略。
“女性生育能力会随着年龄增长而下降，如果我们看人口统计学研究，越来越多的女性选择在 35 岁左右生育，”该研究的资深作者、巴塞罗那基因组调控中心细胞与发育生物学项目组长 Elvan Böke 表示。“但在大约这个年龄，‘卵母细胞的质量会下降，这是导致女性生育问题的主要原因’，”她指出。
Böke 说，人类卵母细胞特别独特。考虑到我们寿命的延长，这些细胞必须在体内休眠数十年——但与其他长寿细胞（如神经元）不同，它们无法再生，任何损伤都可能影响婴儿的健康。这是一种风险很高但相当成功的策略，但人们对此了解甚少，Böke 解释说。“文献中对卵母细胞的研究非常少，因为获取它们非常非常困难，”她说。先前对其他物种的研究表明，正常的卵母细胞新陈代谢缓慢，这有利于长期稳定。然而，这对细胞的长期生存意味着什么，仍然是个谜。
“这些细胞存活时间很长，我们推测，与许多其他细胞相比，它们一定有其他特别之处，”Böke 说。“我们想了解卵母细胞维持细胞质和细胞结构数年青春活力的策略是什么。”
Böke 与该研究的首席作者、基因组研究员 Aida Rodríguez-Nuevo 以及其他同事合作，研究了卵母细胞中线粒体的活性，特别是寻找有害的活性氧（ROS）或自由基的痕迹。在某些功能正常的细胞类型中，这些分子有助于促进必要的过程。但如果它们的水平过高，就会造成很多损害，在某些情况下甚至会导致癌症。“你真的不希望它们有很多，”Böke 说。
[相关：为什么医生仍不了解激素避孕药的副作用]
线粒体问题是体内活性氧积聚的主要原因之一。作为细胞的能量工厂，线粒体在其膜上有一系列蛋白质复合物，它们穿梭电子和带正电的氢离子来产生能量。但电子可能会从链条中泄漏出来，并与氧结合，形成自由基。
“据我所知，每个细胞都有一定量的活性氧，”Böke 说。为了分析 ROS 的水平，该团队将线粒体染料应用于人类早期卵母细胞以及拥有异常大卵母细胞的非洲爪蟾（Xenopus laevis）物种的活细胞。但在对细胞成像时，他们没有检测到任何 ROS。“其他细胞在显微镜下就像明亮的灯光，而卵母细胞则像漆黑一片。”
接下来，该团队研究了卵母细胞中自由基生成过程与体内其他细胞有何不同。他们发现，关键的改变在于第一个蛋白质复合物的缺失，这个复合物通常被称为电子的主要“看守者”。复合物 I 是线粒体电子泄漏的主要来源。
“本质上，‘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，但不是非常活跃。”该团队能够证明，细胞的这些部分将其能量生产转移到了第二个蛋白质复合物，虽然效率较低，但产生的能量足以维持卵母细胞的生存和基本功能。然而，作者在论文中写道，一旦未成熟的卵子在排卵过程中开始生长，第一个蛋白质复合物就会被组装并重新启动以产生能量。
[相关：跳跃基因如何侵入下一代婴儿]
“现在我们知道复合物 I 不是必需的，这意味着其他蛋白质复合物实际上在代替它发挥作用，这表明卵母细胞的代谢通路与许多其他细胞不同，”Böke 说。在发表于同一期《自然》杂志的一篇综述文章中，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是其他长寿生物早期卵母细胞的普遍特征，那将很有趣。
“这一发现对于理解长寿细胞如何在数十年内维持活力具有启示意义，”未参与此项研究的作者们写道。“对于卵子而言，这项发现增进了我们对 remarkable 的原始卵母细胞如何在世代之间为核 DNA 和线粒体 DNA 提供安全保护的理解。”
但 Böke 表示，线粒体的特殊性和低水平的自由基可能并不是卵母细胞长寿的唯一因素。她的团队正在研究其他潜在的策略，并计划进一步研究卵母细胞在卵巢中生存所使用的具体能量来源。进一步的答案可以更全面地揭示饮食、营养、生育能力以及人类卵子强韧性之间的联系。
Böke 希望新的发现也能有助于未来的生育评估。她表示，她想看看线粒体代谢活动的改变是否会对不孕症患者产生任何影响。“将生育年龄延长哪怕五年，也将意味着女性能够怀孕的年龄将从 35 岁提高到 40 岁，”她说。“这将产生巨大的影响。”
