颗粒细胞是卵巢卵泡中的关键体细胞成分，在类固醇生成、卵泡成熟和卵母细胞发育中发挥重要作用。此前，该团队已成功利用化学重编程方法，将年轻小鼠（2-3月龄）的颗粒细胞转化为化学诱导多能干细胞（GC-CiPSCs），并进一步分化为PGCLCs，最终获得能产生健康后代的功能性卵母细胞 (Tian et al., Cell Rep 2019)。然而，随着生殖衰老，颗粒细胞本身也会发生衰老—线粒体功能障碍、端粒缩短、氧化应激升高。这些衰老特征是否会在重编程后“遗留”下来，影响后续的生殖细胞分化能力？为回答这一问题，研究团队从生殖衰老小鼠（11-12月龄）的颗粒细胞出发，建立了衰老小鼠来源的GC-CiPSCs细胞系。
研究首先确认，衰老颗粒细胞确实表现出典型的衰老特征：PCNA和p16表达升高，DRP1（线粒体分裂关键蛋白）下调，mtDNA拷贝数减少，ATP水平下降，活性氧（ROS）水平升高，线粒体膜电位降低。然而，令人意外的是，这些衰老颗粒细胞仍可被成功重编程为iPSCs，且在 pluripotency 基因表达谱上与胚胎干细胞（ESCs）和年轻GC-CiPSCs相当。
但在进一步分化为PGCLCs时，衰老GC-CiPSCs表现出显著的效率缺陷—其PGCLC诱导效率远低于年轻GC-CiPSCs和ESCs。研究团队尝试通过添加NMN和α-酮戊二酸（α-KG）等线粒体功能增强剂来挽救这一缺陷，但未见明显改善。即使通过NaPA处理激活DRP1以促进线粒体分裂，同样未能提高PGCLC诱导效率。这表明，衰老GC-CiPSCs分化能力受损的根源并非单一的线粒体功能障碍，而是涉及核衰老等多重因素。
转录组分析揭示了重要线索：衰老GC-CiPSCs中上调的基因富集于ERK/MAPK信号通路。鉴于ERK/MAPK信号在体细胞与生殖细胞命运决定中的关键作用，研究团队在PGCLC诱导过程中加入了MEK抑制剂PD0325901。结果令人鼓舞：抑制ERK/MAPK通路使衰老GC-CiPSCs的PGCLC诱导效率几乎翻倍。免疫荧光染色显示，经PD0325901处理的PGCLCs中生殖细胞标志物STELLA和VASA阳性细胞增加，而体细胞标志物GATA4阳性细胞减少。
进一步的转录组分析表明，PD0325901处理逆转了衰老PGCLCs中与MAPK级联调控、细胞衰老相关的基因表达变化，并上调了与线粒体代谢相关的基因。这些结果提示，ERK/MAPK通路的异常激活是衰老颗粒细胞来源iPSCs生殖细胞分化潜能下降的重要机制之一。
意义与展望
该研究首次系统评估了衰老颗粒细胞来源iPSCs的生殖细胞分化潜能，并揭示其缺陷的多因素本质。尽管化学重编程可以“重置”细胞的表观遗传状态和多能性基因表达，但衰老相关的线粒体损伤和核衰老仍以某种方式“记忆”在细胞中，限制了其向生殖细胞分化的能力。
更重要的是，该研究发现抑制ERK/MAPK信号通路可部分克服这一障碍，为提高衰老个体来源iPSCs的生殖细胞分化效率提供了可行策略。这一发现对于未来利用自体细胞（尤其是来自高龄女性的颗粒细胞）进行生殖细胞再生具有重要参考价值。
研究团队指出，虽然线粒体功能对分化至关重要，但单纯恢复线粒体功能不足以挽救衰老相关的重编程潜能减退。未来的研究需要同时靶向线粒体衰老和核衰老等多个层面，才能更有效地恢复衰老细胞的生殖细胞分化能力。
该研究由南开大学博士研究生衡黛、金开让等共同完成，得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
关于《中国科学：生命科学》
《中国科学：生命科学》（Science China Life Sciences）是由中国科学院和国家自然科学基金委员会共同主办、中国生物化学与分子生物学会协办的月刊，致力于发表生命科学领域具有重要创新性和前沿性的研究成果。
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