Nat Commun｜单卵母细胞多组学揭示卵母细胞衰老新线索：MCT4介导的乳酸外排失衡

女性生育力随着年龄增长而下降，其中最核心、也最难逆转的环节之一，就是卵母细胞质量的衰退。高龄卵母细胞常常伴随减数分裂异常、纺锤体缺陷、染色体错配、线粒体功能下降及胚胎发育潜能减弱。然而，尽管这一领域已经积累了大量转录组研究，我们对一个关键问题仍缺乏清晰答案：高龄卵母细胞真正“坏”在哪里？

近日，浙江大学傅旭东、方群、童晓嵋、王永成共同通讯在Nature Communications 在线发表题为 Single-oocyte proteome-transcriptome co-profiling reveals a role of dysregulated lactate metabolism in oocyte aging 的研究论文。该研究利用单卵母细胞蛋白质组—转录组联合检测技术，系统、分析了小鼠和人类年轻与老年卵母细胞的多组学变化，结果发现：卵母细胞衰老过程中，RNA 与蛋白的变化并不同步；真正更接近功能层面的改变，很多发生在蛋白与代谢层面。 在此基础上，作者进一步锁定了乳酸转运蛋白 MCT4，并提出：乳酸外排失衡可能是驱动卵母细胞衰老的重要因素之一。

为在同一枚卵母细胞中同时读取 RNA 和蛋白信息，作者使用了此前建立的 scSTAP 平台。研究共分析了 205 枚卵母细胞，覆盖小鼠和人两个物种、GV 和 MII 两个发育阶段，以及年轻和老年两个年龄组。在单卵母细胞层面，研究人员在小鼠样本中检测到约 4000 个蛋白和 2.5 万个转录本，在人卵母细胞中检测到约 6800 个蛋白和 3 万个转录本，从而获得了卵母细胞衰老过程中蛋白质组和转录组的配对图谱。

作者首先比较了年轻和老年小鼠卵母细胞在 GV 和 MII 阶段的分子变化。结果显示，衰老相关差异分子富集于减数分裂、纺锤体组织、细胞骨架调控、DNA 损伤修复等与卵母细胞功能密切相关的通路。值得注意的是，GV 和 MII 两个阶段受影响的分子并不完全相同，提示卵母细胞衰老并非单一、线性的过程，而是具有明显的阶段特异性。

研究还发现，RNA 与蛋白之间的对应关系并不像人们想象得那样紧密。在老年小鼠卵母细胞中，RNA—蛋白总体相关性较低。这意味着，卵母细胞衰老并不是一个简单的转录组变化过程，而是伴随着显著的蛋白稳态重塑。

为了进一步理解这种脱耦是怎么来的，作者又用药理学方法分别干预了蛋白翻译和蛋白酶体降解。结果显示，一部分“蛋白变化大于 RNA 变化”的基因更依赖翻译调控，而另一部分“RNA 已经变化但蛋白没有跟上”的基因则更多受到蛋白降解的影响。也就是说，翻译效率和蛋白稳定性重塑，共同塑造了老年卵母细胞的分子图谱。

高龄卵母细胞质量下降虽是总体趋势，但在实际临床和实验观察中，同一年龄背景下的卵母细胞质量常存在明显差异。借助单卵母细胞蛋白质组数据，作者进一步分析了老年卵母细胞内部的分子异质性。通过无监督聚类，研究人员在老年小鼠 GV 期卵母细胞中识别出两个亚群：Group I 和 Group II。与 Group I 相比，Group II 卵母细胞表现出更高的衰老相关基因集富集分数、更大幅度的蛋白组和转录组变化，同时也出现了更多已知与卵母细胞衰老相关的异常分子特征。对应的供体小鼠年龄也更高，提示 Group II 代表了衰老程度更重的一类卵母细胞。不仅如此，来自同一只老龄小鼠的不同卵母细胞，也可能分别落入不同亚群。说明，卵巢储备中的卵母细胞并不是同步衰老的，而是存在显著的细胞间异质性。

为进一步确认上述发现并非小鼠特有，作者将相同的联测策略应用于人卵母细胞。结果显示，虽然小鼠和人类都存在卵母细胞衰老时的蛋白—RNA脱耦与代谢异常，但具体受影响的分子和通路又并不完全重叠。这提示卵母细胞衰老遵循某些共同原则，但在不同物种和不同发育阶段也有独特程序。

在进一步寻找能够标记并参与卵母细胞衰老的关键分子时，作者锁定了单羧酸转运蛋白 MCT4。MCT4 属于单羧酸转运体家族，主要负责乳酸外排。在小鼠和人卵母细胞中，MCT4 都随着衰老而升高；而在衰老程度更重的卵母细胞亚群中，MCT4 表达也更高。这提示，MCT4 不仅是一个与卵母细胞衰老相关的候选标志物，也可能指向一个此前未被充分重视的过程——乳酸代谢失衡。

功能实验结果证明，MCT4 的异常变化与老年卵母细胞质量下降密切相关；抑制 MCT4 后，老年卵母细胞的质量可得到一定程度改善。这说明， MCT4 并非只是衰老过程中的被动变化分子，而可能直接参与推动卵母细胞衰老表型形成。且乳酸并不仅仅是糖酵解的末端产物，还参与 NADH/NAD⁺ 氧化还原平衡、胞内酸碱稳态、糖酵解与线粒体氧化代谢之间的衔接，以及细胞与微环境之间的代谢耦联。

因此，MCT4 上调带来的影响可能不只是单一代谢物变化，而是卵母细胞代谢网络的整体重排。作者据此提出，MCT4 介导的乳酸外排异常可能导致卵母细胞可能长期处于一种不稳定的代谢补偿状态，进一步加重线粒体负担，改变氧化还原稳态，并最终影响减数分裂和胞质成熟等最脆弱的生物学过程。从这个意义上说，卵母细胞衰老并不只是纺锤体异常、染色体错配和线粒体损伤等末端表型的积累，它可能首先是一场代谢层面的失衡。

总之，这项研究利用单卵母细胞蛋白质组—转录组联合测序，首次在单细胞层面系统描绘了小鼠和人类卵母细胞衰老的多组学图谱，揭示RNA与蛋白变化大范围脱耦是卵母细胞衰老的重要特征，并进一步锁定MCT4介导的乳酸代谢失衡为推动卵母细胞衰老的关键机制和潜在干预靶点。

傅旭东课题组主要围绕早期胚胎发育细胞器动态重塑与功能开展研究，已搭建起成熟的多组学交叉分析、超分辨显微成像及早期胚胎发育研究平台。课题组目前正在招收具有细胞器、胚胎发育、生物信息等背景的副研究员、博士后与科研助理，详情请见：

https://person.zju.edu.cn/0021042

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77910-5

制版人： 十一

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