Nature Communications：欧湘红团队揭示磷脂‑甲基偶联机制介导肥胖相关胚胎发育异常的分子基础
母体肥胖通过过氧化物酶体依赖的磷脂‑甲基解偶联，在合子基因组激活阶段干扰表观遗传重编程
2026年3月，广东省第二人民医院的研究人员在《Nature Communications》（IF: 15.7）上发表了题为“Maternal obesity disrupts epigenetic reprogramming via peroxisomal-dependent phospholipid-methyl uncoupling during zygotic genome activation”的研究论文，证实过氧化物酶体 β‑氧化是维系母源‑合子转换（MZT）必需的代谢‑表观遗传枢纽，并揭示了磷脂‑甲基偶联机制紊乱介导肥胖相关胚胎发育异常的分子基础，为改善代谢紊乱相关不育症提供了全新的治疗靶点。
亮点概述：
- 肥胖导致卵母细胞内极长链脂肪酸（VLCFAs）储存异常，并下调PEX13表达，进而损害 2‑细胞胚胎中过氧化物酶体的蛋白转运功能。
- 在肥胖小鼠中，极长链脂肪酸缺乏与 PEX13 功能异常导致代谢‑表观遗传解偶联。
- 补充长链脂肪酸（LCFAs）或过表达磷脂酰乙醇胺 N‑甲基转移酶（PEMT），均可促进 H3K4me3 擦除、恢复合子基因组激活（ZGA）并挽救胚胎发育。
研究背景：
肥胖已成为全球性的公共卫生危机，而母体肥胖是导致不孕及不良生殖结局的主要原因之一。在卵子发生、早期胚胎发育等关键发育窗口期暴露于代谢功能紊乱的环境中，会干扰子代的发育进程，并增加其远期患病风险。卵母细胞 - 胚胎转换（OET）是发育可塑性的关键窗口期，在此期间，早期胚胎主要依赖母源遗传的细胞器和胞质内的物质储备。重要的是，MZT还伴随发生涉及糖类、氨基酸和脂质的全面代谢重塑。尽管人们已愈发认识到母体代谢紊乱对卵母细胞质量和子代代谢健康的影响，但在MZT过程中，调控内源性脂质，以及代谢-表观遗传重编程的具体通路，与这些通路在母体肥胖背景下的异常机制，目前仍未明确。
研究结果：
研究人员利用高脂饮食构建了母体肥胖小鼠模型，并发现该模型小鼠的胚胎会在 2 - 细胞期出现部分发育阻滞。稀疏偏最小二乘判别分析（sPLS-DA）揭示了OET过程中受发育调控的代谢重塑特征。生发泡期（GV）和减数分裂中期 Ⅱ（MII）卵母细胞中存在极长链脂肪酸的显著蓄积。这一脂质储存特征在 2 - 细胞胚胎期发生了显著改变，表现为上述极长链脂肪酸含量大幅下降，同时饱和及单不饱和型中链、长链脂肪酸（如棕榈酸 C16:0、肉豆蔻酸 C14:0）的含量上升。结果表明，过氧化物酶体 β- 氧化作用对于 2 - 细胞胚胎期的内源性脂质重塑可能具有关键作用。在高脂饮食喂养的小鼠中，观察到了以下代谢异常：（1）卵母细胞中的极长链脂肪酸储存出现障碍；（2）2 - 细胞胚胎中过氧化物酶体对极长链脂肪酸的 β- 氧化作用存在缺陷，导致神经酸（C24:1）、二十四烷酸（C24:0）和芥酸（C22:1）大量蓄积；（3）多不饱和极长链脂肪酸以及长链脂肪酸的代谢过程发生紊乱。为探究 β- 氧化功能受损的潜在机制，研究人员对过氧化物酶体的蛋白输入过程展开了研究。转录组分析（RNA-seq）结果显示，高脂饮食小鼠的生发泡期卵母细胞、减数分裂中期 Ⅱ 卵母细胞及 2 - 细胞胚胎中，过氧化物酶体生物发生因子 13（Pex13）的表达水平显著下调。结合mCherry-SKL 报告基因分析、肥胖患者的卵母细胞和胚胎的RT-qPCR以及功能检测，结果表明：母体肥胖通过下调卵母细胞中 PEX13 的表达破坏过氧化物酶体脂质代谢，损害其蛋白转运系统，导致 ACOX1 等酶定位异常，并最终造成早期胚胎功能缺陷。
母体肥胖损伤过氧化物酶体蛋白转运与 β- 氧化，破坏MZT期间的脂质重塑
RT-qPCR、免疫荧光（IF）及 Western blot（WB）结果显示，在OET过程中，ACOX1 表达呈逐渐上升趋势。RNA-seq提示该阶段过氧化物酶体 β- 氧化相关基因在GV 卵母细胞向 2 - 细胞胚胎转换过程中可能起到重要作用。为明确过氧化物酶体 β- 氧化在卵母细胞成熟及胚胎发育中的具体功能，研究人员首先通过 siRNA 介导的基因沉默（siAcox1）在 MII 期卵母细胞中敲低 Acox1 表达。siAcox1 组胚胎可完成受精，但后续发育均阻滞在 1‑细胞至 2‑细胞阶段。小鼠受精卵中特异性敲低 Acox1 表达，该处理同样导致胚胎发育阻滞于 2‑细胞晚期。为独立验证过氧化物酶体脂肪酸氧化（FAO）在早期发育中的功能重要性，我们进一步利用 siRNA 分别在受精卵中敲低了Pex5和Abcd3的表达。与敲低Acox1的结果一致，siRNA 介导的Pex5和Abcd3敲低同样使胚胎发育阻滞在 2‑细胞阶段。为阐明过氧化物酶体 β- 氧化在OET期间脂质重编程中的精确作用，对siAcox1的 2 - 细胞胚胎进行了代谢组与转录组联合分析。结果表明：过氧化物酶体 β- 氧化缺失会破坏极长链脂肪酸分解代谢，并损害 2 - 细胞阶段的脂滴储存功能。
过氧化物酶体介导的 β- 氧化调控 2 - 细胞胚胎阶段的磷脂重塑
鉴于脂肪酸代谢与磷脂合成之间的关联已被广泛证实，研究人员探究了过氧化物酶体 β- 氧化是否在早期胚胎发育过程中参与磷脂重塑。基因表达与代谢物水平的协同变化表明，在卵母细胞储存物质的支持下，胚胎正进行活跃的磷脂重塑过程。研究人员对Acox1敲低（siAcox1）的 2 - 细胞胚胎进行了分析。代谢转变表明，当 Lands 循环受抑制时，胚胎可能会上调PC 从头合成以维持细胞膜基础 PC 的完整性，但这一代偿反应最终仍不足以维持胚胎正常发育。鉴于甲基供体在染色质调控中的关键作用，探究了过氧化物酶体 β- 氧化如何在MZT过程中影响表观遗传重编程。结果表明：过氧化物酶体 β‑氧化通过Kennedy通路‑Lands 循环协同调控早期胚胎中的甲基供体库。这一调控轴对于及时且高效地擦除母源 H3K4me3至关重要，进而保障MZT和ZGA的正常进行。功能挽救实验显示，补充LCFAs或过表达PEMT，均可促进 H3K4me3 擦除、恢复ZGA并挽救胚胎发育。
补充LCFA或过表达 Pemt 可挽救 siAcox1 介导的过氧化物酶体功能异常及表观遗传重编程障碍
本研究首次证实，过氧化物酶体脂质代谢是导致母体肥胖与早期胚胎表观遗传异常、发育失败的关键因素。母体肥胖会破坏过氧化物酶体β-氧化极长链脂肪酸分解代谢，进而导致代谢‑表观遗传解偶联与胚胎发育阻滞。
