NADH通过调控CDK2/GAS6通路提升人类卵母细胞体外成熟及胚胎发育能力的机制研究

本研究首次揭示NADH（还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）作为线粒体生物能量增强剂，通过上调CDK2（细胞周期蛋白依赖性激酶2）和GAS6（生长停滞特异性蛋白6）表达，显著提高控制性超排卵（COH）周期中人类未成熟卵母细胞的体外成熟（IVM）率（提升26.31%）和囊胚形成率（提升23.4%）。研究证实NADH通过改善ATP合成、线粒体膜电位（MMP）和谷胱甘肽（GSH）水平，优化卵母细胞能量代谢与抗氧化防御系统，为卵巢储备功能减退等生殖障碍患者提供了新型IVM培养策略。

　　

背景

卵泡储备作为女性有限的生殖资源，在控制性超排卵（COH）周期中约产生10%-15%未成熟卵母细胞（GV/MI期）。这些卵母细胞因发育潜能受限常被废弃，但对多囊卵巢综合征（PCOS）、卵母细胞成熟障碍（OMD）等患者具有重要临床价值。线粒体功能障碍是阻碍卵母细胞体外成熟（IVM）的关键因素，而NAD⁺/NADH氧化还原对作为能量代谢核心，其调控机制尚未在人类卵母细胞中阐明。

方法

研究采用COH周期废弃的GV/MI期卵母细胞，在含梯度浓度NADH（10^-8-10^-4 M）的IVM培养基中培养24小时，通过胚胎发育评估确定最佳浓度（10^-6 M）。实验设计包含三阶段：浓度筛选（评估成熟率、受精率、囊胚形成率）、线粒体功能检测（ATP、MMP、钙离子、ROS、GSH）及机制探索（单细胞转录组测序、免疫荧光、CDK2抑制剂/GAS6蛋白干预）。

结果

形态学观察显示，10^-6 M NADH处理组卵母细胞胞质透明、极体完整，而高浓度（10^-2 M）导致细胞凋亡。与对照组相比，10^-6 M NADH使成熟率和囊胚率分别提升26.31%和23.4%，且囊胚非整倍体率（66.7%）与常规IVF相当。线粒体功能检测显示ATP水平提升1.8倍，MMP增加2.3倍（均P<0.05），GSH显著升高但ROS无差异。单细胞测序发现506个差异基因，其中CDK2（P<0.01）和GAS6（P<0.001）表达显著上调。机制验证实验中，CDK2抑制剂使成熟率降至5.13%，而NADH共处理可部分恢复至34.21%；外源GAS6使囊胚形成率提升44.44%。

讨论

NADH通过双重机制发挥作用：作为ETC复合物I的直接电子供体，其绕过NAD⁺前体的代谢限速步骤，快速提升ATP合成效率；同时通过sirtuins通路调控CDK2（促进减数分裂进程）和GAS6（激活PI3K/Akt通路支持胚胎后期发育）。值得注意的是，NADH改善囊胚形成但不影响卵裂期胚胎质量，提示GAS6主要作用于胚胎致密化后的代谢转换阶段。

结论

该研究首次建立NADH增强人类卵母细胞IVM效率的CDK2/GAS6调控轴，为临床转化提供新思路。未来需在更大样本和病理模型（如卵巢早衰）中验证其安全性，并探索与褪黑素等抗氧化剂的协同效应。

创新点

突破传统NAD⁺前体研究范式，直接靶向NADH实现能量-转录双重调控；发现GAS6在胚胎后期发育中的独特作用；建立从线粒体表型到分子通路的完整证据链。