α-亚麻酸对ATGL抑制引起的脂质积累和猪卵母细胞发育缺陷的保护作用

《Theriogenology》：Protective Role of Alpha-Linolenic Acid Against ATGL Inhibition-Induced Lipid Accumulation and Developmental Defects in Porcine Oocytes

　　

高乐鹏|孙景涛|王媛媛|张晨媛|尹志|刘中华|董学飞|宋军|金俊学

中国黑龙江省东北农业大学动物细胞与遗传工程重点实验室，哈尔滨150030

摘要

在卵母细胞成熟过程中，脂滴（LDs）会经历广泛的动态和形态变化，这些变化由脂肪酶的活性驱动，同时促进了大量脂肪酸（FAs）的产生。作为脂滴的代谢产物，脂肪酸在此过程中充当重要的能量底物。然而，过量的脂质积累已被证明会对卵母细胞的发育能力产生负面影响。Atglistatin（ATGLi）是一种特定的脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）抑制剂，它可以减少甘油三酯的水解，从而限制脂肪酸的释放。本研究的目的是利用ATGLi建立猪卵母细胞中过量脂质积累的模型，并评估外源性补充α-亚麻酸（ALA）对ATGLi处理下卵母细胞发育能力的影响。结果表明，ATGLi处理显著诱导了卵母细胞中脂滴的过量积累，降低了脂肪酸含量和ATP的产生，并抑制了卵母细胞的成熟及随后的早期胚胎发育。尽管补充ALA不能减少卵母细胞中脂滴的过量积累，但它可以恢复脂肪酸的β-氧化水平，增加线粒体膜电位和ATP含量，从而改善卵母细胞的成熟及后续胚胎的发育能力。总之，ATGL的抑制会导致卵母细胞中脂质代谢稳态的破坏和能量供应不足，而补充ALA可以通过促进脂肪酸的利用和改善线粒体功能来纠正ATGL抑制引起的发育缺陷。

引言

脂滴（LDs）是细胞内的动态细胞器，作为中性脂质的主要储存场所，在维持能量稳态中起着关键作用[1]。脂滴的表面被一层磷脂单层包裹，并配备了一组独特的蛋白质[2]，其大小、数量和空间分布高度依赖于细胞的代谢状态，这突显了它们在调节细胞代谢和细胞器质量控制中的核心作用[3]。最近的研究技术进步表明，脂滴具有比之前认识到的更为复杂和动态的生物学功能。除了在能量代谢中的已知作用外，脂滴还参与多种重要的生物过程，包括细胞信号传导、膜运输和蛋白质降解[4]、[5]、[6]。值得注意的是，在哺乳动物的卵母细胞中，脂滴的动态分布和数量变化与卵母细胞的成熟及早期胚胎发育密切相关，这表明它们在确保正常发育进程中的重要调节作用[7]、[8]、[9]。然而，异常的脂质积累会破坏空间分布的稳态，不仅影响脂质代谢通量，还会扰乱细胞信号传导级联反应，最终损害卵母细胞的成熟能力和早期胚胎发育[10]、[11]、[12]、[13]。因此，通过恢复代谢稳态和重新编程与脂滴相关的信号通路来设计针对脂滴积累引起的发育缺陷的策略，为获得具有优化发育潜力的卵母细胞和具有增强存活能力的早期胚胎提供了关键途径。

脂肪酸（FAs）通过脂肪酶催化的水解从脂滴中释放出来，随后被运输到线粒体中[14]、[15]、[16]。在线粒体基质内，脂肪酸经历连续的β-氧化，然后通过三羧酸（TCA）循环进行处理，最终产生大量的ATP[17]、[18]。饮食中的脂肪酸还会影响输卵管和子宫环境，调节基因表达以促进胚胎发育[19]。给动物补充脂肪酸可以改变卵泡液中的脂肪酸组成，提高哺乳动物的繁殖性能[20]、[21]、[22]。事实上，药理学上抑制体外受精（IVM）过程中的脂肪酸氧化已被证明会导致线粒体功能障碍，并显著损害卵母细胞的发育潜力[23]、[24]。相反，越来越多的实验证据表明，在卵母细胞体外成熟（IVM）和胚胎体外培养（IVC）系统的关键窗口期策略性地给予特定类型的脂肪酸，可以增强核成熟的动力学和早期胚胎的发育能力[25]、[26]。这种增强是通过精确调节脂质代谢动态和线粒体生物能量学来实现的，这两者共同作用以优化细胞质脂质稳态——这是胚胎发育能力的基本前提[27]、[28]、[29]。

α-亚麻酸（ALA）是哺乳动物必需的多不饱和ω-3脂肪酸，仅通过饮食获得。它广泛存在于植物油、坚果和种子中，特别是在亚麻籽油和奇亚籽中的浓度很高[30]、[31]。研究表明，ALA作为卵泡液中的重要脂肪酸成分，通过调节脂质代谢、改善能量状态和增强线粒体功能来促进卵母细胞的成熟并提高胚胎的发育潜力[32]、[33]。饮食中补充ALA可以改善卵泡液中的脂肪酸组成，从而提高牛、猪和羊等牲畜的卵母细胞质量及受孕率[34]、[35]、[36]。此外，将ALA添加到IVM和IVC系统中已被证明可以提高卵母细胞的成熟率并支持胚胎发育。这些有益效果可能是通过改善脂质代谢、增强抗氧化能力和减少氧化应激来实现的[37]、[38]、[39]。

鉴于此，我们假设纠正脂质稳态失调是恢复卵母细胞质量的关键。为了验证这一点，我们首先通过ATGL抑制建立了猪卵母细胞的脂质积累模型，然后评估了ALA补充的治疗潜力。

章节片段

材料与方法

除非另有说明，所有化学品均从Sigma Chemical Co.（美国密苏里州圣路易斯）购买。

ATGLi对IVM过程中猪卵母细胞成熟的影响

为了建立脂质积累模型，我们在IVM过程中用不同浓度的ATGL抑制剂（ATGLi）处理猪卵母细胞，以确定最佳浓度。结果显示，25 μM和50 μM的ATGLi显著抑制了 cumulus 细胞的扩张并降低了卵母细胞的成熟率（P < 0.01），而10 μM的ATGLi没有显著影响（图1A-C）。随后的孤雌生殖激活（PA）显示，卵裂率

讨论

在本研究中，我们通过ATGL抑制在猪卵母细胞中建立了药理学诱导的脂质积累模型，并证明ALA补充有效恢复了相关的发育缺陷。值得注意的是，这种恢复独立于脂解或脂质生成的调节，而是通过恢复脂肪酸的可用性、增强β-氧化和恢复线粒体功能来实现的。这些发现为

作者贡献声明

张晨媛：验证、方法学、调查、数据管理。孙景涛：写作——审阅与编辑、初稿写作、方法学、正式分析、数据管理、概念化。高乐鹏：写作——审阅与编辑、初稿写作、方法学、正式分析、数据管理、概念化。董学飞：写作——审阅与编辑、可视化、监督、资金获取、概念化。刘中华：可视化、监督。金俊学：

数据可用性声明

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资助

本工作得到了中国国家重点研发计划（2022YFA1105402和2021YFA0805902）、国家自然科学基金（32372884）以及黑龙江省自然科学基金（PL2025C015）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。