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文 ｜ 《中國科學報》 記者 李晨
在南京農業大學實驗動物中心，熊波教授的課題組有一間特殊的小白鼠飼養室。里面放著100多個籠子，每個籠子里養著5只小白鼠，3個研究生每人負責200多只。他們悉心照料著這些小白鼠，每隔兩三天就要換墊料、飲用水、鼠糧，在飼養室里一待就是半天。 和別人養的實驗鼠不同，這些小白鼠都是一歲多的老年雌鼠。 為什么搭建這樣一座小白鼠的“養老院”？熊波告訴《中國科學報》，近年來，他的團隊一直在研究高齡如何影響女性生育率下降。“現代社會高齡產婦越來越多。我的學生有的博士畢業時就30多歲了，等工作穩定下來再考慮生孩子，就成了超過35歲的高齡產婦。” 10月16日，《自然-衰老》在線發表了熊波團隊對老年小白鼠的最新研究成果。他們發現，通過添加一種名為亞精胺的物質，可以抑制母體衰老誘導的過量活性氧的產生和細胞凋亡，從而提高卵子減數分裂成熟的比例、受精能力和胚胎發育潛能，最終增加產崽數量。
實驗室里的老年小白鼠。受訪者供圖
等待小白鼠變老
“專門出售老年小白鼠的公司不多，而且價格比較貴。我們用的是繁殖退役的實驗小白鼠，都是經過正常生育的。接收這些小白鼠以后還要飼養4到6個月，讓它們進入生殖老年期。”熊波向《中國科學報》解釋，這樣的小白鼠是正常衰老的，有的甚至體弱、有老年病，更加接近生物的正常生理周期變化，有利于他們獲得更準確的實驗數據。 論文第一作者、南京農業大學博士生張玉從碩士階段就進入熊波實驗室，到如今已有六七年，她熟練掌握了研究所需的實驗技能。 張玉說，他們必須獲得小白鼠的卵母細胞，老年鼠的卵母細胞必須在12到13個月的時候提取，再晚兩個月可能就取不到了。小白鼠和人類一樣，上了年紀后卵母細胞就會減少，一只小白鼠有時候只能提取出幾個卵母細胞，不像6到8周的年輕小白鼠那樣可以取20到30多個卵母細胞。這些都大大增加了實驗難度。 2022年底，受新冠疫情影響，熊波團隊師生都不能及時來照顧老年小白鼠。 而那時候正是他們修改論文的關鍵時刻。 “三四百只小白鼠過了實驗節點，全部浪費了。”熊波說，他們不得不更新換代，重新等待小白鼠變老。從延緩衰老到延長生育期
在這座小白鼠“養老院”里，熊波團隊找尋著高齡生育的良方。 “人類的生育能力隨著年齡的增長而急劇下降，尤其是在35歲之后。”熊波告訴《中國科學報》，34歲以下的女性大約10%無法實現自然生育，而45歲以上女性則有87%無法自然生育。 高齡婦女的不孕、自然流產、圍產期死亡、胎兒先天性異常的風險都會增加。雖然當代輔助生殖技術可以在一定程度上彌補高齡生育的缺憾，但隨著年齡的增長，輔助生殖技術，如人工授精、試管嬰兒的成功率會驟然下降。 “就好像一片肥沃的土地如果沒有好的種子就不可能種出好莊稼一樣。”熊波說，這種趨勢主要和卵巢儲備、卵母細胞質量與年齡相關的退化，以及較高的非整倍體率有關。 有沒有可能改善卵母細胞的發育環境，從而延緩人類生育年齡？ 從2009年以來，科學家就注意到亞精胺這種多胺化合物有很好的延緩機體衰老過程的作用。 張玉介紹，亞精胺最初是從精液中分離出來的，也存在于包括卵巢在內的大多數細胞和組織中。由于其具有抗炎活性、抗氧化性、強化線粒體功能和增強蛋白穩態等特性，可參與多種細胞事件。 據報道，通過誘導自噬，亞精胺可延長酵母、果蠅、線蟲以及人類免疫細胞的壽命。“盡管有關亞精胺對體細胞衰老恢復作用的研究報道越來越多，但亞精胺對生殖細胞衰老的影響尚未明確。”熊波說，這是他們關注亞精胺的原因。高齡生育的希望
“我們采用了最近比較熱門的組學方法來研究年輕小白鼠和老年小白鼠的卵巢代謝物。”張玉說，通過質譜分析技術，他們非靶向性地研究了小白鼠卵巢中的代謝組圖譜。結果發現，和其他代謝物相比，亞精胺在老年小白鼠的卵巢中明顯減少。 為了探究亞精胺是否是維持雌性生殖壽命的關鍵代謝物，他們對老年小白鼠進行體內注射補充亞精胺。結果發現，腹腔注射補充亞精胺可以顯著提高老年小白鼠卵巢中的亞精胺水平，并且促進卵母細胞成熟，提高受精率和囊胚發育率。 為了深入了解亞精胺改善老齡卵母細胞質量的潛在機制，他們進行了微量轉錄組研究，發現補充亞精胺能夠挽救線粒體自噬。線粒體自噬是線粒體自我更新的一種機制，它通過自噬作用消除損傷的線粒體，進而提高細胞內線粒體功能，降低老齡卵子內活性氧的積累和DNA損傷水平，從而改善卵子質量。 在研究論文投稿后，審稿人向他們提出了通過飲食補充亞精胺的建議。于是熊波團隊補充了相關實驗。他們發現，在小白鼠的飲用水中補充亞精胺，也能夠改善關鍵的生殖能力指標。“不過，直接注射和飲食補充的效果有區別，注射見效比較快，飲食補充大概需要一個月時間才有效果。”張玉說。 亞精胺是一種在食物中存在的物質，例如豆類、全麥中的亞精胺含量較高。 但熊波提醒，盡管這些食物中含有亞精胺，但如果要達到有效劑量必須大量攝入，所以通過食物補充亞精胺目前還不是很有效。 他們進一步在豬的卵母細胞中驗證了亞精胺的功能。“現在生豬養殖面臨著能繁母豬老年化的問題。一般母豬產崽到第6至第7胎，數量就會大幅度下降。如果能延長它們的生育期，將會大大提高養殖業的經濟效益。”熊波說，他們將會推進相關領域的應用研究。 不過，他們的研究發現，亞精胺的添加劑量比較敏感，過多會給小白鼠的卵子質量帶來負面影響。這也是下一步需要深入研究的問題。 該研究基于卵巢代謝組學數據和大量體內和體外實驗證明，亞精胺是維持母體衰老過程中卵母細胞質量的關鍵代謝物。該研究或對應用亞精胺改善高齡婦女自然妊娠或輔助生殖技術的生殖結局具有潛在的臨床意義。 “總體而言，這是一項非常有趣且技術上做得很好的工作。它將產生巨大的轉化影響。”論文審稿人如此評價該研究。