《Cellular Signalling》：IFI6 regulation of physiological functions in granulosa cells
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生殖性能是畜牧生產(chǎn)的關(guān)鍵，卵巢顆粒細胞（GCs）通過調(diào)控增殖、分泌和凋亡參與卵泡發(fā)育、成熟及閉鎖。研究發(fā)現(xiàn)，干擾素α誘導蛋白6（IFI6）在發(fā)情期母豬卵巢中顯著高表達，其功能調(diào)控依賴PI3K-Akt通路激活AP-1，促進雌激素合成和細胞增殖，同時抑制凋亡。該機制為提高豬繁殖效率提供了新靶點。
袁歡|郭新怡|李一豪|孫希文|王新宇|張路通|高磊|蔡傳江|劉瑞|楚桂燕
西北農(nóng)林科技大學動物科學與技術(shù)學院，中國陜西省楊陵712100
摘要
繁殖性能對牲畜的生產(chǎn)力至關(guān)重要。卵巢顆粒細胞（GCs）在雌性生殖中起著核心作用。這些細胞通過調(diào)節(jié)增殖、分泌和凋亡參與卵泡的發(fā)育、成熟和閉鎖過程。本研究發(fā)現(xiàn)，與發(fā)情期母豬相比，非發(fā)情期母豬中的干擾素α誘導蛋白6（IFI6）表達水平顯著較高。功能研究表明，IFI6的敲低或過表達會改變顆粒細胞中的雌激素合成、細胞增殖和凋亡。機制上，IFI6通過磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K-Akt）信號通路調(diào)節(jié)生理功能。此外，PI3K-Akt信號通路還能激活激活蛋白1（AP-1）。根據(jù)ChIP-Atlas數(shù)據(jù)，AP-1結(jié)合位點存在于CYP19A1、BAX、BCL2、CYCLIN D和CYCLIN B等基因的啟動子區(qū)域。因此，我們提出一個模型：IFI6激活PI3K-Akt通路，進而上調(diào)AP-1的表達，促進雌激素合成和細胞增殖，同時抑制凋亡。這些發(fā)現(xiàn)表明IFI6在豬卵巢顆粒細胞的生理調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。IFI6可能提高基因組選擇的精確度，從而改善豬的繁殖能力。
引言
在畜牧業(yè)生產(chǎn)中，繁殖是將種畜價值與商業(yè)產(chǎn)出聯(lián)系起來的核心環(huán)節(jié)。卵巢是雌性牲畜生殖功能的“核心器官”。這兩個因素決定了牲畜養(yǎng)殖場的生產(chǎn)效率，并最終直接影響經(jīng)濟效益[1,2]。牲畜的繁殖性能與卵巢功能密切相關(guān)，維持正常的卵巢穩(wěn)態(tài)是提高繁殖能力的關(guān)鍵[3,4]。在下丘腦-垂體-卵巢軸中，顆粒細胞（GCs）成為研究卵泡發(fā)育和閉鎖的重點[5]。這些細胞對于促進卵泡生長、維持穩(wěn)態(tài)以及減少生殖疾病的發(fā)生至關(guān)重要[6]。卵泡作為卵巢的基本功能單位，其生長和發(fā)育依賴于雌激素合成、細胞增殖和細胞凋亡[7]。顆粒細胞分泌類固醇激素（包括雌激素和孕酮），共同調(diào)節(jié)發(fā)情周期和排卵[8]。雌激素通過細胞色素P450和芳香化酶等酶的作用從膽固醇合成，最終通過反饋機制影響發(fā)情行為和促性腺激素的分泌[9]。發(fā)情主要由雌激素調(diào)節(jié)。深入理解發(fā)情周期中的激素調(diào)節(jié)機制對于解決動物無排卵問題及提高繁殖效率至關(guān)重要。
在卵泡發(fā)育過程中，原始卵泡由一個卵母細胞和周圍的扁平細胞組成，隨著顆粒細胞變?yōu)榱⒎叫尾⑿纬啥鄬咏Y(jié)構(gòu)[10]。顆粒細胞在整個過程中通過調(diào)節(jié)細胞增殖、凋亡以及與卵母細胞的通訊發(fā)揮關(guān)鍵作用。顆粒細胞的增殖支持卵泡發(fā)育，而特定階段的凋亡則促進卵泡閉鎖。BCL2水平的降低破壞了B細胞淋巴瘤2（BCL2）和BCL2相關(guān)X蛋白（BAX）之間的平衡。BAX的增加促使細胞色素c釋放到細胞質(zhì)中，激活半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶（CASPASE）級聯(lián)反應，包括CASPASE3，最終誘導凋亡[11]。此外，顆粒細胞通過釋放激素和生長因子與卵母細胞密切通訊，協(xié)調(diào)卵泡生長和卵母細胞成熟[12],[13],[14]。這些過程中的任何紊亂都可能導致卵泡發(fā)育異常、內(nèi)分泌紊亂以及多囊卵巢綜合征等生殖疾病[15]。PI3K-Akt信號通路是調(diào)節(jié)豬卵巢顆粒細胞生理功能的核心信號網(wǎng)絡之一。其激活和傳導直接影響顆粒細胞的雌激素合成、增殖活性和凋亡平衡，從而調(diào)節(jié)卵泡發(fā)育和卵巢功能穩(wěn)態(tài)[16]。轉(zhuǎn)錄組和功能驗證研究表明，PI3K-Akt的激活顯著上調(diào)類固醇生成急性調(diào)節(jié)蛋白和細胞色素P450芳香化酶的mRNA和蛋白質(zhì)水平[17]。該通路的失調(diào)可能導致卵泡發(fā)育異常、繁殖性能下降，甚至不孕。因此，PI3K-Akt通路是提高豬繁殖效率和治療卵泡功能障礙相關(guān)疾病的潛在靶點。
IFI6是一種由干擾素α誘導的蛋白質(zhì)[18,19]。作為一種與免疫相關(guān)的蛋白質(zhì)，IFI6可能參與生殖過程中的免疫調(diào)節(jié)[20,21]。作為在肉牛和小母牛中發(fā)現(xiàn)的新早期妊娠誘導基因，IFI6在妊娠期間的子宮內(nèi)膜中表達量更高[22]。Expression Atlas數(shù)據(jù)庫顯示IFI6在生殖相關(guān)子宮組織中表達水平較高[23]。我們的最新研究發(fā)現(xiàn)，IFI6在豬卵巢組織中也有表達，且發(fā)情期（ES）和非發(fā)情期（NES）的狀態(tài)之間存在mRNA表達差異，這表明IFI6參與卵巢功能。通過干擾和過表達IFI6的表達，我們探討了其對顆粒細胞中雌激素合成、細胞增殖和凋亡的影響。在本研究中，我們通過數(shù)據(jù)庫和發(fā)情期及非發(fā)情期母豬的卵巢組織樣本鑒定出了IFI6基因。此外，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)情期母豬中的IFI6表達水平更高，這表明IFI6參與調(diào)節(jié)豬卵巢顆粒細胞的生理功能。
章節(jié)摘錄
收集發(fā)情期和非發(fā)情期母豬的卵巢組織
所有動物實驗方案均獲得了西北農(nóng)林大學動物護理與實驗倫理委員會的批準（編號：NWAFU-202106025）。在陜西省的一個養(yǎng)豬場，選擇了643頭健康、血統(tǒng)明確的母豬作為純種生產(chǎn)的核心繁殖群體（C0代），這些母豬至少具有三次分娩經(jīng)歷，平均每胎產(chǎn)仔12.5頭或更多。從C1代開始...
IFI6促進雌激素合成
我們發(fā)現(xiàn)，非發(fā)情期母豬卵巢組織中的IFI6表達水平顯著低于發(fā)情期（圖1A），這表明IFI6可能在調(diào)節(jié)母豬的發(fā)情周期中發(fā)揮作用。為進一步研究，我們分離了豬卵巢顆粒細胞并評估了其純度。使用卵泡刺激激素受體（FSHR）作為標記物，確認分離出的細胞純度很高（圖...）
討論
在發(fā)情期進行配種對于最大化繁殖效率至關(guān)重要[29]。通過準確確定最佳配種時間，可以降低不育率和繁殖間隔，從而提高整體繁殖性能并降低養(yǎng)殖成本[30]。我們之前的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析表明，IFI6在子宮中高表達，提示其參與豬的生殖過程。
結(jié)論
IFI6通過激活PI3K-Akt信號通路調(diào)節(jié)豬卵巢顆粒細胞中的雌激素合成、增殖和凋亡平衡。IFI6的這種調(diào)節(jié)作用有助于促進豬的發(fā)情，從而提高配種成功率和整體繁殖效率。
以下是與本文相關(guān)的補充數(shù)據(jù)。
CRediT作者貢獻聲明
袁歡：撰寫——原始草稿、可視化、驗證、方法學、研究、數(shù)據(jù)分析、概念化。郭新怡：方法學、數(shù)據(jù)分析。李一豪：方法學。孫希文：研究。王新宇：研究。張路通：數(shù)據(jù)分析。高磊：監(jiān)督。蔡傳江：資源支持。劉瑞：軟件支持。楚桂燕：撰寫——審稿與編輯、監(jiān)督、資源協(xié)調(diào)、項目管理和資金獲取。
出版同意
不適用。
倫理批準和參與同意
本研究中進行的動物實驗程序遵循了西北農(nóng)林大學動物護理與實驗倫理委員會制定的《動物實驗指南》，并符合中國科學技術(shù)部發(fā)布的《實驗動物倫理處理指南》（2006年）第398號。
資助
本工作得到了國家重點研發(fā)計劃（編號：2022YFD1300303）、國家重點研發(fā)項目（編號：2021YFD1301104）、國家自然科學基金（編號：32272849、32472878）以及CARS—35專項資金的支持。
作者聲明以下可能被視為潛在利益沖突的財務利益/個人關(guān)系：
劉瑞、楚桂燕報告稱獲得了國家自然科學基金的財務支持。其他作者聲明他們沒有已知的可能影響本文研究的財務利益或個人關(guān)系。
致謝
作者衷心感謝豬肌肉生物學與遺傳改良實驗室的所有教師和學生。
