问题描述

人类社会正面临着人口老龄化和生育力下降的严峻挑战。孕产妇年龄增长和与年龄相关的生育率下降是现代生殖医学面临的全球性挑战。卵母细胞、胚胎与子宫生理性衰老及病理性发育异常是导致女性生殖衰老、更年期、后代不育、妊娠并发症和出生缺陷发生的关键因素。目前，减缓卵巢功能的丧失延长生育周期是生殖医学中最大的挑战之一。以动物模型进行的抗氧化剂研究（如褪黑素、NMN、BGP-15等）、纤维化抑制和血管新生抑制研究，距离临床的转化还有很大的距离。针对女性生殖衰老的生理病理机制，有以下科研重点问题：（1）卵母细胞及胚胎发育衰老过程中表观遗传变化，包括RNA修饰（m6A、 ac4C、Ψ等）、组蛋白修饰（H3K4me3、H3K9me3和H3K27me3等）、DNA甲基化及蛋白翻译后修饰，结合抑制剂及激活剂筛选新型衰老延缓药物；（2）衰老卵母细胞及胚胎非整倍体发生机制，筛选参与调控染色体精准分离的关键因子并进行结构解析；（3）高级DNA结构（包括G四联体、Z-DNA结构等）在衰老卵母细胞和胚胎发育中的变化特征及功能机制；（4）生殖衰老过程中卵母细胞发育与线粒体稳态的关系及具体作用机制；（5）针对以上科学问题的解答，提出延长女性生育周期安全有效的临床干预策略。

问题背景

高龄女性生殖功能自然衰老退化，适龄女性病理性生殖衰老问题日益突出，由此造成不孕不育、反复流产、高危妊娠、出生缺陷等患病率“井喷式”增长。根本原因在于缺少生殖衰老发生机制的原创性科学发现，生殖功能重塑技术及生殖衰老延缓新策略长期面临着巨大瓶颈，难以突破。

根据不同的队列研究，女性生育能力的下降大约从20-30岁开始，并在30多岁之后加速，尤其是在未生育的女性中，而到40岁时，几乎一半的女性不育。与年龄相关的不孕症有多种原因，卵母细胞及胚胎质量、及子宫微环境是女性生殖成功的主要限制因素。近期，Cell期刊推出衰老标志关键综述，提出了衰老的12个分子细胞和系统标志，分别为：DNA不稳定、端粒损耗、表观遗传改变、蛋白质稳态丧失、营养感应失调、线粒体功能障碍、细胞衰老、干细胞耗竭、细胞间通讯改变、慢性炎症、肠道微生物失调、巨自噬失活。其中部分衰老标志与女性生殖衰老已有初步研究，如DNA不稳定、表观遗传改变、线粒体功能障碍、肠道微生物失调，更深入更全面的研究有待进一步推进。

最新进展（截止问题发布年度）

女性生殖衰老期胚胎发育异常的两种重要机制是卵母细胞未完全成熟提前进行减数分裂而导致胚胎染色体异常和卵母细胞线粒体功能异常影响胚胎质量，而非整倍体发生以及异常细胞的命运调控机制尚不清楚。研究表明人类卵母细胞的非整倍体率与母体年龄呈U形关系，其中染色体及其所经历的错误类型在年轻和老龄的卵母细胞中是不同的。20岁以下女性的卵母细胞的分离错误率高于20-32岁女性。年龄大于33岁的女性卵母细胞的分离错误率增加到更高水平。因此，起源于卵母细胞的染色体错误决定了人类自然生育能力的曲线。人类的原始卵泡在胎儿发育期间形成，并在卵巢中保持休眠状态可以长达50年。卵母细胞在休眠期间仍需保持一定的代谢活性，因此卵母细胞内的线粒体必须具有一定的活性为卵母细胞供能。然而，线粒体代谢过程中也会产生大量的ROS，过高的ROS水平会导致氧化应激，从而诱发颗粒细胞凋亡，导致卵泡发育异常、卵母细胞质量下降。那么卵母细胞是如何在如此长时间的休眠过程中既保证代谢需求，又维持细胞的稳定性呢？近期研究表明早期卵母细胞通过抑制线粒体电子传递链复合体I，避免其遭受活性氧ROS的攻击。这种现象在非洲爪蟾到人中存在很高的进化保守性，能够帮助长寿的卵母细胞在拥有代谢活性和稳定性之间维持平衡。有研究发现了一种与线粒体相关的无膜隔室（mitochondria-associated ribonucleoprotein domain，MARDO），可将母体mRNA储存在包括人类在内的各种哺乳动物物种的卵母细胞中。由此可见卵母细胞的发育与线粒体状态是密不可分的，衰老过程中卵母细胞的线粒体稳态是否受到影响，而且具体机制是什么目前尚不清楚。

除以上关键因素外，基因组的完整性和稳定性与女性生殖衰老也是密不可分的，外源及内在的损伤会造成广泛的遗传损伤，比如点突变、缺失、易位、DNA双键断裂等方面的基因破坏。最近一项针对近20万名女性的全基因组关联分析确定了290个与提前绝经相关的等位基因，其中许多与DNA损伤反应相关的基因似乎与女性的生殖寿命缩短有关。特别是细胞周期检查点激酶基因-CHEK2。进一步动物模型研究发现，缺乏Chek2的老年小鼠比野生小鼠生育时间更长，维持更大的卵母细胞储备，在激素刺激后产生更多可受精卵子。这些小鼠的卵母细胞成功修复了DNA损伤，同时避免了耗尽卵母细胞储备的细胞凋亡。这些发现突出了DNA损伤反应相关蛋白作为预防或减缓卵巢衰竭的重要药理学靶点。

以上研究主要针对生理性生殖衰老相关的关键基因筛选，对病理性生殖衰老的研究也需进一步深入。早发性卵巢功能不全（Premature ovarian insufficiency，POI），作为一种异质性疾病，是导致女性不孕的主要原因，也是生殖衰老的关键病理性因素，其分子病因及相关遗传变异尚不清楚。有研究对1030例POI患者队列进行了全外显子组测序，在59个已知POI致病基因中检测到195个致病/可能致病变异，占193例(18.7%)。将POI队列与5000名对照队列进行比较的关联分析新发现了20个与POI相关的基因，功能注释表明它们参与卵巢发育和功能，包括促性腺发生(LGR4和PRDM1)、减数分裂(CPEB1、KASH5、MCMDC2、MEIOSIN、NUP43、RFWD3、SHOC1、SLX4和STRA8)和卵泡发生和排卵(ALOX12、BMP6、H1-8、HMMR、HSD17B1、MST1R、PPM1B、ZAR1和ZP3)，这些基因具有明显更高的功能丧失变异负担。据统计，已知和新发现POI致病基因的致病和可能致病变异共涉及242例病例(23.5%)。这项研究为女性病理性生殖衰老的病因解析提供了宝贵的数据资源。

为了女性生殖周期延长新策略的建立，2020年我国研究团队率先对年轻和衰老食蟹猴卵巢组织进行单细胞转录组测序分析。研究发现随着年龄的增长氧化损伤是卵巢功能下降的关键因素，鉴定了一系列新型卵巢衰老生物标志物，如抗氧化相关的GPX1、GSR、IDH1和NDUFB10以及颗粒细胞中的关键转录因子ELF4和FOSB。在2022年，来自澳大利亚的研究团队以小鼠为动物模型，利用BGP-15（吡非尼酮，注射或口服）及尼替尼布（注射）靶向清除卵巢中的纤维化胶原蛋白从而延长了卵巢功能。国内研究团队利用血管新生抑制药物Axitinib对衰老雌性老鼠处理一个月，可使生育寿命延长约20%，并显著改善衰老小鼠的激素状态。以上研究为未来延长女性生育周期安全有效的临床干预策略建立提供理论和数据支撑。

在生殖医学领域，针对女性生殖衰老这一重大科学问题的研究不断增加，但是受限于样品数量问题，亟需开发超低起始量乃至单细胞水平的分子指标检测的技术方法。此外，生殖衰老研究的相关动物模型以小鼠为主，与人类差异较大，也是该领域研究的关键限制因素。目前抗衰老药物临床转化率较低，新型衰老药物研发较慢，需加快基础研究步伐，深入解析女性生殖衰老生理病理机制，有针对性的制定延缓衰老新策略。

重要意义

阐明影响人类卵母细胞和胚胎发育及衰老的一系列自身生理因素、母体微环境因素及疾病病理因素，及其背后的分子机制。在此过程中，交叉融合生殖生物学、代谢组学、宏基因组学、生物信息学、生物物理学、细胞生物学、基因编辑和表观修饰组学测序新方法等多学科技术手段，促进交叉领域科技共同发展。成果为卵母细胞和胚胎的发育及衰老的调控机制贡献新认识与新理论。提供若干个预测卵母细胞、胚胎发育潜能预警分子指标、探索多种改善衰老卵母细胞及胚胎质量的分子策略，逐步应用于临床诊疗实践中，为相关患者的遗传咨询、精确诊断及个体化治疗奠定基础。生殖健康是我国人口健康战略的核心内容之一，事关我国经济与社会可持续发展战略的成败。本问题取得突破后，将为女性生殖衰老分子机制提供新认识、创建精准诊疗技术，服务国家战略需求，促进女性健康生育，保障出生人口质量、缓解我国人口生育危机。