氧化應(yīng)激對(duì)母畜卵巢功能影響的研究進(jìn)展

摘 要：卵巢是母畜生殖系統(tǒng)的重要組成部分，其功能受多種因素的調(diào)控，其中氧化應(yīng)激作為一種重要的細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程，被發(fā)現(xiàn)對(duì)卵巢功能產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。卵巢內(nèi)氧化與抗氧化物的平衡對(duì)維持卵巢功能意義重大，卵巢內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）參與卵母細(xì)胞生長(zhǎng)、減數(shù)分裂、排卵和其他生理過(guò)程的調(diào)節(jié)，ROS堆積可導(dǎo)致卵巢功能紊亂，影響優(yōu)勢(shì)卵泡形成，對(duì)卵母細(xì)胞成熟、受精以及隨后的胚胎植入和發(fā)育均有影響。本文針對(duì)氧化應(yīng)激對(duì)母畜卵巢功能的影響，進(jìn)一步探究了氧化應(yīng)激對(duì)母畜卵母細(xì)胞、顆粒細(xì)胞、卵泡膜細(xì)胞以及黃體的影響，深入了解其機(jī)制有助于揭示卵巢生理和病理的內(nèi)在聯(lián)系，為相關(guān)疾病的預(yù)防和治療提供新的思路。

關(guān)鍵詞：母畜；氧化應(yīng)激；卵巢；卵母細(xì)胞；顆粒細(xì)胞；黃體；線粒體

中圖分類號(hào)：S814.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0366-6964（2024）07-2825-11

收稿日期：2024-01-02

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（31972575）；北京市農(nóng)林科學(xué)院課題（CZZJ202205）

作者簡(jiǎn)介：孟亞軒（2000-），女，甘肅金昌人，碩士生，主要從事繁殖營(yíng)養(yǎng)調(diào)控研究，E-mail：18793606358@163.com

*通信作者：陳國(guó)順，主要從事家畜營(yíng)養(yǎng)調(diào)控研究，E-mail：chengs@gsau.edu.cn；馮 濤，主要從事動(dòng)物繁殖調(diào)控研究，E-mail：fengtao_gs@163.com

Research Progress in the Effect of Oxidative Stress on Ovarian Function in

Female Livestock

MENGYaxuan^1，2，3，LIUYan^1，2，WANGJing^1，2，CHENGuoshun^3*，F(xiàn)ENGTao^1，2，3*

（1.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine（IAHVM），Beijing Academy of

Agriculture and Forestry Sciences（BAAFS），Beijing100097，China; 2.Joint Laboratory of

Animal Science between IAHVM of BAAFS and Division of Agricultural Science and

Natural Resource of Oklahoma State University，Beijing100097，China;

3.College of Animal Science and Technology，Gansu Agricultural

University，Lanzhou730070，China）

Abstract：The ovary is an important component of the reproductive system of female livestock，and its function is regulated by many factors，among which oxidative stress，as an important cellular biological process，has been found to have aprofound effect on the ovarian function.The balance between oxidation and antioxidants in the ovary plays asignificant role in maintaining ovarian function.Reactive oxygen species（ROS）in the ovary participates in the regulation of oocyte growth，meiosis，ovulation，and other physiological processes.The accumulation of ROS can lead to ovarian dysfunction and affect the formation of dominant follicles.It has influence on oocyte maturation，fertilization，and subsequent embryo implantation and development.Aiming at the effects of oxidative stress on ovarian function of female animals，this paper further explored the effects of oxidative stress on oocytes，granulosa cells，follicular membrane cells and corpus luteum of female animals，and in-depth understanding of the mechanism will help reveal the internal relationship between ovarian physiology and pathology，and provide new ideas for the prevention and treatment of reproduction related diseases.

Key words：female livestock; oxidative stress; ovary; oocyte; granulosa cell; corpus luteum; mitochondria

*Corresponding authors：CHEN Guoshun，E-mail：chengs@gsau.edu.cn; FENG Tao，E-mail：fengtao_gs@163.com

氧化應(yīng)激是當(dāng)動(dòng)物機(jī)體受某種外界因素影響或自身生理活動(dòng)調(diào)節(jié)紊亂時(shí)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量的氧自由基無(wú)法及時(shí)清除，使活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平遠(yuǎn)高于細(xì)胞自身的抗氧化能力，引發(fā)氧化-抗氧化動(dòng)態(tài)失衡，發(fā)生細(xì)胞和組織炎性浸潤(rùn)，進(jìn)而造成氧化損傷的非正常生命活動(dòng)^[1]。氧化損傷主要是由促氧化劑和抗氧化劑之間的不平衡引起的，平衡比例可通過(guò)ROS或活性氮自由基水平升高或抗氧化防御機(jī)制降低來(lái)改變^[2-3]。然而，過(guò)量的ROS產(chǎn)生會(huì)損壞母畜的天然抗氧化防御系統(tǒng)，導(dǎo)致生殖系統(tǒng)機(jī)能異常，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起卵子的氧化損傷，致使其發(fā)育和質(zhì)量受損，進(jìn)而降低受精率和胚胎發(fā)育率。此外，氧化應(yīng)激還會(huì)干擾母畜體內(nèi)的生殖激素水平，影響卵泡的發(fā)育和排卵過(guò)程等。本文從生殖激素、卵泡發(fā)育、黃體發(fā)育等方面綜述了氧化應(yīng)激對(duì)母畜卵巢功能的影響，以期為保障動(dòng)物生殖健康和提高生殖效率提供參考。

1 氧化應(yīng)激對(duì)母畜生殖激素水平的影響

下丘腦-垂體-卵巢軸系參與調(diào)控母畜的生殖內(nèi)分泌活動(dòng)，其分泌的激素調(diào)控母畜發(fā)情、排卵等過(guò)程^[4]。下丘腦、垂體和卵巢三者之間形成一個(gè)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，存在負(fù)反饋?zhàn)饔煤驼答佔(zhàn)饔茫鼓感蟮纳硟?nèi)分泌系統(tǒng)之間維持在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，共同參與母畜生殖活動(dòng)。據(jù)報(bào)道，17β-雌二醇（estradiol，E₂）通過(guò)其抗氧化活性、自由基清除能力來(lái)增加卵巢細(xì)胞活力，并通過(guò)雌二醇受體α和β抑制神經(jīng)毒性^[5]。另外，下丘腦-垂體-腎上腺軸在氧化應(yīng)激下被激活，由此釋放的皮質(zhì)酮（大鼠中）或皮質(zhì)醇（人類中）會(huì)干擾或改變對(duì)性腺激素的反應(yīng)。氧化應(yīng)激期間細(xì)胞因子的分泌通過(guò)激活下丘腦、腎上腺糖皮質(zhì)激素的釋放及其對(duì)神經(jīng)元的作用來(lái)抑制下丘腦的GnRH分泌以及性腺類固醇生成。

生殖階段，在激素的調(diào)控下母畜會(huì)經(jīng)歷卵巢和子宮的周期性變化。隨著年齡的增長(zhǎng)，雌激素分泌減少，導(dǎo)致氧化應(yīng)激失衡^[6]。ROS可參與脂質(zhì)過(guò)氧化，生成乙烯、丙醇和丙二醛等產(chǎn)物，這些產(chǎn)物與DNA相互作用或結(jié)合進(jìn)而破壞DNA結(jié)構(gòu)^[7-8]。雌激素對(duì)氧化應(yīng)激的保護(hù)作用是通過(guò)胞質(zhì)溶膠中特定酶的易位介導(dǎo)的，這些酶可防止線粒體DNA（mitochondrial DNA，mtDNA）受到自由基的氧化攻擊^[9]。母畜衰老期雌激素水平的降低導(dǎo)致血脂水平變化^[9]和脂質(zhì)過(guò)氧化增加^[10]。雌激素通過(guò)增加抗氧化酶（如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶）的活性并引起抗氧化維生素水平的增加，從而產(chǎn)生直接的抗氧化作用^[11]。

氧化應(yīng)激是導(dǎo)致卵巢激素減少的一個(gè)重要原因^[12-13]。有研究已經(jīng)證明，大腦中抗氧化酶的活性在發(fā)情周期中和性腺切除術(shù)后會(huì)發(fā)生變化，并且在性別之間存在差異，這表明性腺激素參與了控制抗氧化防御的過(guò)程^[14]。Zarida等^[15]發(fā)現(xiàn)，在性腺切除和性別改變的大鼠血漿和肝臟中，谷胱甘肽相關(guān)酶的活性也發(fā)生了變化。在性腺切除的雌性和雄性大鼠的大腦中，添加外源性孕酮（progesterone，P₄）或E₂抑制了錳超氧化物歧化酶活性^[16-17]。卵巢激素的喪失顯著增強(qiáng)了切除性腺的雌性大鼠腦中的氧化應(yīng)激^[18]。研究發(fā)現(xiàn)，E₂和P₄增加了卵巢內(nèi)過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）的活性，而E₂降低谷胱甘肽過(guò)氧化物酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽還原酶活性。總體而言，組織中抗氧化狀態(tài)不平衡和氧化應(yīng)激導(dǎo)致激素失衡，不利于卵巢正常功能的發(fā)揮。

2 氧化應(yīng)激對(duì)卵巢功能的作用

在卵巢中，ROS參與卵母細(xì)胞生長(zhǎng)、減數(shù)分裂、排卵和其他生理過(guò)程的調(diào)節(jié)^[19]。在卵泡生長(zhǎng)期間，類固醇生成增加上調(diào)細(xì)胞色素P450的表達(dá)，從而導(dǎo)致ROS的形成。同時(shí)，E₂分泌增加會(huì)觸發(fā)CAT的表達(dá)，影響ROS與抗氧化劑之間的動(dòng)態(tài)平衡^[20]。ROS增加誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡，進(jìn)一步導(dǎo)致卵泡壁破裂和排卵。同樣，黃體退化也是由氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的黃素化顆粒細(xì)胞凋亡介導(dǎo)的^[21]。ROS的平衡在體外環(huán)境中也很重要，并能對(duì)卵母細(xì)胞成熟、受精以及隨后的胚胎植入和發(fā)育產(chǎn)生影響^[22]。

線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性凋亡途徑、死亡受體介導(dǎo)的外源性凋亡途徑以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導(dǎo)的凋亡途徑是細(xì)胞凋亡的3個(gè)途徑，其中線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性凋亡途徑是氧化應(yīng)激引起卵母細(xì)胞凋亡的重要途徑^[23]。氧化應(yīng)激是導(dǎo)致卵母細(xì)胞和顆粒細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素，過(guò)高的ROS激活線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號(hào)通路^[24]，誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致卵母細(xì)胞閉鎖。

2.1 氧化應(yīng)激對(duì)卵母細(xì)胞的影響

氧化應(yīng)激是誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞凋亡的主要因素之一^[25]。當(dāng)畜體內(nèi)ROS和抗氧化劑平衡被打破，氧化應(yīng)激會(huì)觸發(fā)卵巢內(nèi)大多數(shù)生殖細(xì)胞甚至卵母細(xì)胞的凋亡，并引起卵泡異常閉鎖、減數(shù)分裂異常、受精率降低、胚胎發(fā)育延遲等問(wèn)題^[26]。線粒體同時(shí)是細(xì)胞生物氧化、能量轉(zhuǎn)化以及產(chǎn)生ROS的主要場(chǎng)所，與卵母細(xì)胞質(zhì)量下降密切相關(guān)。當(dāng)機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，產(chǎn)生大量的ROS，導(dǎo)致卵母細(xì)胞線粒體形態(tài)和功能改變進(jìn)而影響三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）的合成；同時(shí)，干擾卵母細(xì)胞減數(shù)分裂，使卵母細(xì)胞內(nèi)非整倍體染色體數(shù)目增多，造成胚胎DNA損傷和早期發(fā)育停滯，最終導(dǎo)致不良妊娠。

2.1.1 造成mtDNA氧化損傷

線粒體功能障礙是導(dǎo)致卵母細(xì)胞衰老的重點(diǎn)^[27]。在正常情況下，線粒體中ROS的過(guò)量產(chǎn)生受到限制，以保護(hù)細(xì)胞器免受酶促和非酶促防御系統(tǒng)的氧化損傷。mtDNA因其結(jié)構(gòu)中缺乏組蛋白和有效的修復(fù)機(jī)制，特別容易受到某些應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷。而mtDNA拷貝數(shù)不足會(huì)造成卵母細(xì)胞發(fā)育潛能降低^[28]。當(dāng)抗氧化防御不堪重負(fù)時(shí)，過(guò)量產(chǎn)生的ROS導(dǎo)致線粒體中的蛋白質(zhì)、DNA和脂質(zhì)發(fā)生氧化損傷，引起mtDNA突變^[29]。而mtDNA突變的積累反過(guò)來(lái)又會(huì)破壞線粒體結(jié)構(gòu)和功能，改變抗氧化防御系統(tǒng)，擾亂鈣穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致ATP生成降低，最終影響母畜繁殖。根據(jù)生殖衰老理論，高齡雌性的卵母細(xì)胞質(zhì)量下降是由線粒體端粒縮短引起的，ROS水平過(guò)高可引起不同類型的端粒DNA損傷，DNA損傷時(shí)母畜體內(nèi)卵母細(xì)胞由于老化導(dǎo)致氧化應(yīng)激增加，造成卵母細(xì)胞質(zhì)量下降^[30]。

2.1.2 影響ATP的合成

線粒體通過(guò)氧化磷酸化合成ATP，同時(shí)通過(guò)三羧酸循環(huán)和脂肪酸β氧化提供能量。線粒體連接蛋白43（mitochondrion connexion43，mtCx43）通過(guò)介導(dǎo)線粒體內(nèi)膜的K⁺、H⁺和ATP轉(zhuǎn)移以及與線粒體ATP合成酶的相互作用來(lái)調(diào)節(jié)線粒體ATP的產(chǎn)生，有助于維持線粒體氧化還原水平穩(wěn)定^[31]。氧化應(yīng)激發(fā)生時(shí)，可能觸發(fā)線粒體膜中高電導(dǎo)線粒體通透性過(guò)渡孔（permeability transition pore，PTP）的打開，導(dǎo)致質(zhì)子泄漏^[32]，線粒體通透性變化與基質(zhì)膨脹、呼吸鏈解開、Ca²⁺流失、膜電位喪失、ROS過(guò)度產(chǎn)生和促凋亡因子（細(xì)胞色素c）釋放有關(guān)，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。mtCx43在線粒體內(nèi)膜形成半通道，調(diào)節(jié)線粒體中K^＋攝取、ROS產(chǎn)生和能量代謝^[33]，Cx43通常存在于質(zhì)膜中，在質(zhì)膜中形成間隙連接通道并促進(jìn)細(xì)胞間通訊，也作為各種細(xì)胞類型的半通道存在于線粒體膜中^[34]。mtCx43參與線粒體膜電位，mtCx43半通道參與膜間空間和基質(zhì)間質(zhì)子梯度的維持，增強(qiáng)線粒體ATP的產(chǎn)生。當(dāng)急性氧化應(yīng)激發(fā)生時(shí)，Cx43迅速轉(zhuǎn)位到線粒體內(nèi)膜，通過(guò)調(diào)節(jié)K^＋流入線粒體基質(zhì)，增加線粒體呼吸和ATP產(chǎn)生，并誘導(dǎo)心肌細(xì)胞產(chǎn)生ROS^[35]。在正常情況下，線粒體內(nèi)存在少量的mtCx43，而在氧化應(yīng)激作用下，mtCx43在線粒體中積累并增強(qiáng)ATP的產(chǎn)生，進(jìn)而輸出到胞質(zhì)溶膠中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，線粒體只有產(chǎn)生足量的ATP才能支持卵母細(xì)胞和早期胚胎發(fā)育^[36-37]。線粒體在形態(tài)和功能上出現(xiàn)改變時(shí)，氧化應(yīng)激水平增加，ATP產(chǎn)生減少，導(dǎo)致染色體的分離異常或發(fā)育停滯，最終影響卵母細(xì)胞的發(fā)育^[38]。

2.1.3 干擾鈣離子動(dòng)態(tài)平衡

線粒體除了通過(guò)氧化磷酸化產(chǎn)生ATP之外，也參與調(diào)控細(xì)胞Ca²⁺動(dòng)態(tài)平衡、凋亡等諸多生物過(guò)程^[39]。位于線粒體中的許多離子通道參與線粒體膜之間的離子交換，包括鈣、鈉、鉀、氫、氯等，不僅參與維持正常的線粒體膜電位，而且還參與調(diào)節(jié)其他途徑。研究表明，質(zhì)膜中的Ca²⁺通道是氧化應(yīng)激的主要靶標(biāo)，Ca²⁺靶向并激活那些被認(rèn)為是線粒體中ROS關(guān)鍵來(lái)源的線粒體脫氫酶，來(lái)滿足ROS增加時(shí)不斷增長(zhǎng)的能量需求。Ca²⁺是ATP合成的正效因子，但Ca²⁺超負(fù)荷可導(dǎo)致線粒體功能障礙和卵母細(xì)胞死亡^[40]。線粒體對(duì)Ca²⁺的攝取通過(guò)調(diào)節(jié)線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白之間的微結(jié)構(gòu)參與塑造細(xì)胞。Ca²⁺的攝取導(dǎo)致線粒體Ca²⁺過(guò)載，觸發(fā)PTP打開，PTP由Ca²⁺觸發(fā)并被ROS增強(qiáng)，與細(xì)胞凋亡或線粒體損傷導(dǎo)致的細(xì)胞壞死有關(guān)^[41]。由于氧化應(yīng)激，當(dāng)PTP打開變?yōu)槌掷m(xù)開放后，線粒體會(huì)發(fā)生塌陷進(jìn)而結(jié)構(gòu)被破壞，當(dāng)涉及大部分線粒體受損時(shí)就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡^[42]。小鼠卵母細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)添加地西泮（一種與線粒體外膜上的苯二氮卓受體結(jié)合的藥物，這種結(jié)合可能會(huì)限制ATP的合成，影響鈣的調(diào)節(jié)，并破壞線粒體的分布），可導(dǎo)致小鼠卵母細(xì)胞成熟和染色體非整倍體的延遲^[43]。氧化應(yīng)激也會(huì)影響卵母細(xì)胞紡錘體形成，因其會(huì)降低卵母細(xì)胞中ATP的含量，并觸發(fā)PTP張開導(dǎo)致線粒體功能障礙繼而影響紡錘體形成和衰老卵母細(xì)胞成熟期間染色體的分離^[43]。此外，線粒體Ca²⁺的攝取以犧牲膜電位為代價(jià)而導(dǎo)致ROS產(chǎn)生增加^[44-45]。因此，線粒體Ca²⁺攝取引起的ROS增加對(duì)卵母細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)非常重要，但ROS過(guò)量會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激和卵母細(xì)胞損傷^[46]。相反，ROS能調(diào)節(jié)卵母細(xì)胞內(nèi)氧化還原酶和離子通道的活性，包括Ca²⁺渠道。有研究指出，Ca²⁺可以通過(guò)刺激CAT和谷胱甘肽還原酶來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞抗氧化防御系統(tǒng)，與鈣調(diào)蛋白相互作用后與參與ROS穩(wěn)態(tài)的酶相互作用^[47-48]，導(dǎo)致呼吸鏈抑制和進(jìn)一步的ROS生成^[49]。可見，Ca²⁺滲透通道對(duì)正常的線粒體功能非常重要，尤其是ATP的產(chǎn)生。卵母細(xì)胞內(nèi)ROS含量升高可破壞細(xì)胞內(nèi)膜離子轉(zhuǎn)換通道，使Ca²⁺外流，引起線粒體膜電位紊亂而影響其功能^[50]，隨后導(dǎo)致氧化應(yīng)激產(chǎn)生增加，線粒體進(jìn)一步損傷，最終導(dǎo)致卵母細(xì)胞凋亡。

2.1.4 誘導(dǎo)線粒體自噬

自噬是一種與細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)密切相關(guān)的降解過(guò)程^[51]。線粒體自噬是細(xì)胞通過(guò)自噬選擇性去除多余或受損線粒體的過(guò)程，對(duì)線粒體穩(wěn)態(tài)和細(xì)胞存活至關(guān)重要。線粒體決定卵母細(xì)胞的發(fā)育能力，在卵子發(fā)生的早期階段，異常的線粒體可以通過(guò)線粒體自噬去除。線粒體自噬在誘導(dǎo)線粒體介導(dǎo)的凋亡信號(hào)傳導(dǎo)之前，對(duì)消除受損的線粒體發(fā)揮重要作用，從而減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激和死亡^[52]。但在卵母細(xì)胞形成后，盡管卵母細(xì)胞中存在線粒體自噬調(diào)節(jié)劑，但線粒體自噬不會(huì)主動(dòng)清除受損的線粒體，這導(dǎo)致功能失調(diào)的線粒體從卵母細(xì)胞傳遞到胚胎^[53]。說(shuō)明在卵母細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，線粒體自噬介導(dǎo)的功能失調(diào)和線粒體清除受損導(dǎo)致的線粒體積累，使得卵母細(xì)胞具有更大的死亡信號(hào)傳導(dǎo)傾向。SIRT是一種重要的線粒體脫乙酰酶，可調(diào)節(jié)線粒體功能^[54]。SIRT-1與卵母細(xì)胞中線粒體自噬和功能的調(diào)節(jié)有關(guān)，可以增加卵母細(xì)胞內(nèi)ATP含量并保護(hù)它們免受過(guò)多的ROS和氧化損傷^[55]。因此在卵母細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，線粒體自噬作為一種防御機(jī)制，可以選擇性地去除細(xì)胞中受損和功能失調(diào)的線粒體，以維持線粒體的質(zhì)量，從而保持卵母細(xì)胞的正常功能^[56]。

值得注意的是，氧化應(yīng)激影響卵母細(xì)胞幾種途徑之間存在著相互作用^[57]。如ROS會(huì)直接攻擊線粒體膜和mtDNA的形成位置，導(dǎo)致線粒體功能障礙和更多的ROS產(chǎn)生。ROS與核DNA和蛋白質(zhì)存在較為廣泛的相互作用，導(dǎo)致DNA損傷^[58]。ROS與細(xì)胞膜的脂質(zhì)相互作用以干擾其功能。在動(dòng)物整個(gè)繁殖過(guò)程中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了由氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的大量DNA突變或排列、基因組不穩(wěn)定、蛋白質(zhì)功能受損以及代謝和信號(hào)通路的改變^[59]。另外，當(dāng)氧化還原反應(yīng)發(fā)生時(shí)，線粒體中的電子通過(guò)呼吸鏈的復(fù)合物Ⅰ、Ⅲ轉(zhuǎn)移給氧，使氧化磷酸化活性增強(qiáng)，ROS產(chǎn)生增加^[60]；當(dāng)ROS過(guò)高時(shí)，易與mtDNA結(jié)合導(dǎo)致突變，引起線粒體功能障礙，影響電子傳遞鏈?zhǔn)闺娮有孤叮c氧分子結(jié)合生成大量的ROS，造成惡性循環(huán)從而導(dǎo)致卵母細(xì)胞損傷及線粒體自噬^[61]，不能產(chǎn)生足夠的ATP，最終影響卵子和胚胎發(fā)育。

2.2 氧化應(yīng)激誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡

在卵泡微環(huán)境中，卵母細(xì)胞被幾層顆粒細(xì)胞包圍，這些顆粒細(xì)胞在卵泡發(fā)育的最后階段分化為壁顆粒細(xì)胞和卵丘顆粒細(xì)胞。顆粒細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以確保卵母細(xì)胞的成熟和發(fā)育能力，而且在卵母細(xì)胞成熟過(guò)程中通過(guò)其自身的抗氧化系統(tǒng)保護(hù)卵母細(xì)胞免受氧化損傷。顆粒細(xì)胞對(duì)ROS很敏感，ROS包括過(guò)氧化氫（H₂O₂）在顆粒細(xì)胞凋亡中發(fā)揮關(guān)鍵作用^[62]。當(dāng)細(xì)胞中氧化和還原之間的平衡被破壞并且細(xì)胞不能修復(fù)所產(chǎn)生的氧化損傷時(shí)，增加的ROS可以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致顆粒細(xì)胞凋亡。顆粒細(xì)胞凋亡的實(shí)質(zhì)就是細(xì)胞內(nèi)氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)之間動(dòng)態(tài)平衡被打破的結(jié)果。

卵母細(xì)胞線粒體通過(guò)代謝為顆粒細(xì)胞提供能量，以維持其正常功能。當(dāng)機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，線粒體膜通透性增加，大量Ca²⁺流入線粒體內(nèi)使得跨膜電位降低，同時(shí)ROS激增，二者共同作用誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡^[63]。在卵泡發(fā)育過(guò)程中顆粒細(xì)胞是E₂生物合成的主要來(lái)源，顆粒細(xì)胞凋亡減少E₂的生物合成，在卵巢中產(chǎn)生低雌激素狀態(tài)^[64]。有研究指出，E₂激活了SIRT3基因啟動(dòng)子上調(diào)基因表達(dá)，促進(jìn)了自噬，減弱氧化應(yīng)激^[65]。在小鼠有腔卵泡體外培養(yǎng)液中加入高劑量的E₂，能夠降低卵泡液中ROS的水平，抑制卵泡閉鎖的發(fā)生，進(jìn)而降低氧化應(yīng)激對(duì)顆粒細(xì)胞的損害^[66]。所以，雌激素水平降低可能對(duì)自噬產(chǎn)生不利影響。另外，氧化應(yīng)激介導(dǎo)的顆粒細(xì)胞凋亡減少了顆粒細(xì)胞-卵母細(xì)胞之間的聯(lián)系，從而減少了卵母細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，進(jìn)一步影響卵母細(xì)胞的質(zhì)量^[67]。

促卵泡激素（follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）刺激卵巢顆粒細(xì)胞從而獲得產(chǎn)生E₂的能力，是卵巢顆粒細(xì)胞分化和成熟的里程碑^[68]。研究表明，自噬參與FSH對(duì)顆粒細(xì)胞的生理學(xué)調(diào)節(jié)^[69]。FSH不僅通過(guò)上調(diào)HIF1A/HIF-1α表達(dá)促進(jìn)顆粒細(xì)胞自噬，而且保護(hù)顆粒細(xì)胞免于快速增殖而引起氧化應(yīng)激的損傷^[70]，也可以減少氧化應(yīng)激介導(dǎo)的過(guò)度自噬，維持顆粒細(xì)胞的存活^[71]。有關(guān)顆粒細(xì)胞的新證據(jù)表明，自噬可能主要作為促死亡途徑，在有害刺激下加劇細(xì)胞損傷^[72]。此外，氧化應(yīng)激激活的自噬在多種類型的哺乳動(dòng)物細(xì)胞中啟動(dòng)非凋亡形式的程序性細(xì)胞死亡，而不誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡^[73]。因此，抑制過(guò)度自噬與增強(qiáng)顆粒細(xì)胞的活力有關(guān)，可能是FSH對(duì)顆粒細(xì)胞氧化應(yīng)激保護(hù)作用的一種新機(jī)制。

參與顆粒細(xì)胞凋亡的主要因子有Bcl-2和Bax基因，其中Bax是促凋亡基因，Bcl-2是抑凋亡基因，二者表達(dá)水平的比值與凋亡是否發(fā)生及其嚴(yán)重程度密切相關(guān)^[74]。Wang等^[75]發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激通過(guò)調(diào)整Bax/Bcl-2的比值以及降低超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)顆粒細(xì)胞凋亡。董若曦^[76]研究表明，氧化應(yīng)激能夠下調(diào)抗氧化基因如SOD的表達(dá)，引發(fā)卵巢過(guò)氧化反應(yīng)，從而觸發(fā)顆粒細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致卵母細(xì)胞質(zhì)量下降和卵巢功能衰退，對(duì)母畜繁殖性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.3 氧化應(yīng)激對(duì)卵泡膜細(xì)胞的影響

膜細(xì)胞是卵泡的重要組成部分，在次級(jí)卵母細(xì)胞形成后，圍繞在顆粒層周圍的一層扁平細(xì)胞，被認(rèn)為起源于卵巢基質(zhì)中的成纖維細(xì)胞。卵泡膜分為卵泡內(nèi)膜和卵泡外膜，兩者之間是免疫細(xì)胞和血管的混合物^[77-78]。卵泡外膜起支持和保護(hù)卵泡的作用，而卵泡內(nèi)膜合成和分泌激素^[79]。在卵泡發(fā)育過(guò)程中，卵泡膜細(xì)胞會(huì)迅速增殖和分化^[80]，之后它們攝取和代謝大量的葡萄糖和脂肪酸用于產(chǎn)生能量，過(guò)程中生成大量具有高能鍵的氧化性游離劑。在正常細(xì)胞中，ROS可迅速被清除，因此生理水平的ROS不會(huì)損害卵泡膜細(xì)胞，而過(guò)量的ROS會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷，導(dǎo)致卵泡膜細(xì)胞凋亡。

適當(dāng)?shù)穆殉舶l(fā)育和體內(nèi)平衡需要精確的機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)卵泡膜細(xì)胞的增殖。研究表明，胰島素和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）可刺激卵泡膜細(xì)胞增殖^[81]。在生理和病理?xiàng)l件下，氧化劑和抗氧化劑參與調(diào)控基因表達(dá)。高濃度的ROS可誘導(dǎo)氧化損傷并具有細(xì)胞毒性，但在中等濃度下，ROS在細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞抗凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中發(fā)揮重要作用^[82]。ROS誘導(dǎo)多種細(xì)胞類型的增殖，包括成纖維細(xì)胞和主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞^[83]。包括α-生育酚在內(nèi)的抗氧化劑可抑制多種細(xì)胞的增殖，以及血管平滑肌、成纖維細(xì)胞和各種癌細(xì)胞系^[84]。TNF-α也參與氧化應(yīng)激，血漿TNF-α水平與脂質(zhì)過(guò)氧化之間存在關(guān)聯(lián)^[85]。在體外，TNF-α也誘導(dǎo)氧化應(yīng)激^[86]，卵泡膜細(xì)胞具有胰島素、IGFs和TNF-α的受體^[87]，這些藥物已被證明可以誘導(dǎo)卵泡膜細(xì)胞增殖，這種作用是通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的。

2.4 氧化應(yīng)激對(duì)排卵的影響

研究證明，ROS特別是H₂O₂、超氧陰離子和過(guò)氧亞硝酸鹽在排卵后隨著時(shí)間的增加在卵母細(xì)胞中積累^[88]。由于ROS逐漸增加和隨之而來(lái)的抗氧化保護(hù)的消耗，使得卵母細(xì)胞排卵后經(jīng)歷了氧化應(yīng)激狀態(tài)，進(jìn)而造成疾病的發(fā)生。氧化應(yīng)激與多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)^[89]。在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，PCOS病患的卵泡液會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的ROS，導(dǎo)致微環(huán)境中氧化和抗氧化失衡，并損害卵泡液中線粒體的功能^[90]。功能失調(diào)的線粒體在減數(shù)分裂過(guò)程中停滯并降解卵母細(xì)胞，直接損傷卵母細(xì)胞，并導(dǎo)致卵泡凋亡和排卵障礙^[90]。另外，高雄激素血癥（hyperandrogenism，HA）是PCOS的主要臨床特征之一。HA可通過(guò)增加IGF-1受體的表達(dá)來(lái)刺激早期卵泡發(fā)育啟動(dòng)，使得竇卵泡過(guò)度增殖和卵巢中生長(zhǎng)的小卵泡比例增加^[91-92]。氧化應(yīng)激、HA和胰島素抵抗在PCOS的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，它們之間的惡性循環(huán)加重了PCOS的排卵障礙。

2.5 氧化應(yīng)激對(duì)黃體細(xì)胞的影響

ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡參與非生育周期結(jié)束時(shí)黃體的消退機(jī)制。在每個(gè)非生育周期中，黃體消退的特征是黃體細(xì)胞產(chǎn)生和分泌黃體酮的能力喪失和黃體細(xì)胞死亡。ROS是決定黃體壽命的關(guān)鍵因素，發(fā)情周期中，抗氧化劑在黃體生理過(guò)程中發(fā)揮重要作用^[93]。黃體中的ROS由巨噬細(xì)胞和黃體細(xì)胞產(chǎn)生，并能調(diào)節(jié)黃體酮等類固醇激素的生物合成^[94]。黃體生成素（luteinizing hormone，LH）誘導(dǎo)卵巢SOD產(chǎn)生H₂O₂的研究表明，ROS可以有效地控制黃體細(xì)胞在生殖周期過(guò)程中產(chǎn)生黃體酮，并在周期結(jié)束時(shí)抑制黃體酮的合成^[95]。大量證據(jù)表明^[93，96-97]，ROS在大鼠黃體細(xì)胞消退中發(fā)揮重要作用，ROS的生成導(dǎo)致生物大分子發(fā)生不可逆的改變，并最終導(dǎo)致黃體線粒體功能障礙和黃體凋亡^[98]。另外，促炎細(xì)胞因子和LH通過(guò)調(diào)節(jié)SOD1和SOD2的表達(dá)來(lái)控制黃體ROS的生成和功能^[99]。人絨毛膜促性腺激素通過(guò)增加妊娠早期Bcl-2的表達(dá)、降低Bax的表達(dá)而延長(zhǎng)人黃體的壽命^[100]。盡管哺乳動(dòng)物物種在調(diào)控黃體消退方面有不同的凋亡機(jī)制，但ROS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡對(duì)決定黃體壽命至關(guān)重要。

3 總結(jié)與展望

研究表明，氧化應(yīng)激在卵巢中可以影響卵泡發(fā)育、成熟和排卵過(guò)程。過(guò)度的氧化應(yīng)激可能干擾卵巢細(xì)胞的正常功能，導(dǎo)致卵巢功能障礙。氧化應(yīng)激與卵巢中激素的合成和釋放有關(guān)，可能影響雌激素和孕激素等重要激素的產(chǎn)生，進(jìn)而影響生殖周期和生育能力。在多囊卵巢綜合征、卵巢癌等卵巢相關(guān)的疾病中，氧化應(yīng)激可能是病理生理的關(guān)鍵因素，調(diào)控病程的發(fā)展。因此，深入探索氧化應(yīng)激影響卵巢的分子機(jī)制，解析其發(fā)揮作用的途徑和信號(hào)通路，為進(jìn)一步研究抗氧化劑在防治卵巢相關(guān)疾病中的作用奠定理論基礎(chǔ)。氧化應(yīng)激影響卵巢健康的機(jī)制在不同年齡階段和生理狀態(tài)下可能不同，有針對(duì)性的開展研究有助于提高雌性家畜繁殖效率，也可為保持女性生殖健康提供參考。

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（編輯 郭云雁）