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2023生殖过程中能量代谢调控与疾病的研究进展

摘要

代谢是贯穿细胞生命周期的重要生理活动，能量底物在生殖过程中具有调

节卵泡发育、维持精子运动、影响胚胎植入前发育及诱导母-胎界面免疫耐

受等重要功能。正常代谢可促进细胞生长发育，而异常代谢可导致其功能

失调，且与女性生殖相关疾病的发生、发展密切相关。本研究对生殖过程

中糖代谢、脂代谢和蛋白质(氨基酸)代谢及其与生殖疾病的关系作一概

述，有望通过调节能量代谢方式优化卵母细胞体外成熟方案，为胚胎植入

母-胎界面能量代谢的研究及不孕不育的诊断和治疗提供新的思路。

代谢是细胞内重要的生理活动，对细胞生长发育及功能机制有重要的调控

作用。糖代谢、脂类代谢和蛋白质(氨基酸)代谢以三羧酸循环为连接点，

通过糖酵解、磷酸戊糖途径、三羧酸循环、脂肪酸氧化(fattyacid

量代谢产物，参与细胞的增殖、成熟和凋亡等过程，构成细胞内复杂的代

谢网络。细胞对能量代谢途径的选择取决于其微环境的能量代谢底物类型，

如精子的运动、获能和受精均需要大量能量，精子可利用内源性或外源底

物，如葡萄糖、果糖、丙酮酸、乳酸等，借助糖酵解和氧化磷酸化途径产

生能量，不同发育阶段精子能量代谢的主要途径存在差异，且能够依据其

微环境重编程代谢途径。在卵泡发育过程中葡萄糖、脂质、氨基酸三者之

间相互转变，共同促进卵泡的激活、成熟及调控卵母细胞的正常功能。适

宜的代谢能力有助于细胞发挥最佳功能，而异常代谢往往导致其功能失调，

诱发卵巢功能衰退、复发性流产、子宫内膜异位症等生殖疾病。本文旨在

对生殖过程中能量代谢的特点及其与疾病的关系进行了全面总结，以期为

进一步研究提供新的思路。

一.能量代谢

1.糖代谢：糖代谢是生命体赖以生存的重要过程之一，不同哺乳动物、不

同细胞内对葡萄糖的代谢方式有一定差异。在常氧环境下，葡萄糖催化生

成丙酮酸，进入线粒体为生命代谢提供能量，这一过程称为氧化磷酸化。

研究表明肿瘤细胞在氧充足的情况下吸收的葡萄糖不经过氧化磷酸化，而

是通过酵解途径形成大量乳酸，这一糖代谢现象称为瓦氏效应，也称有氧

糖酵解[1-2]。瓦氏效应作为一种特有的糖酵解现象，不仅调控糖代谢相

关酶的表达，还影响细胞内整个物质和能量代谢的状态，通过参与基因的

转录及甲基化信号通路，最终改变细胞的生理特性[3-4]。必威体育精装版研究证明

在哺乳动物生殖发育过程中也存在类似肿瘤细胞中的瓦氏效应现象[5]。

磷酸戊糖途径分为氧化和非氧化两个阶段，其产物还原型烟酰胺腺嘌呤二

一方面用于生物大分子的合成，另一方面作为还原剂清除细胞内活性氧物

质并维持细胞内氧化还原稳态[6]。

2.脂类代谢：脂类分为脂肪(即甘油三酯)和类脂，类脂分为胆固醇、胆

固醇酯、磷脂、糖脂等，可直接或间接参与能量代谢。脂代谢主要包括脂

肪生成、分解、脂蛋白的合成以及分泌等重要过程，受脂肪合成酶和脂肪

分解酶以及相关信号通路的调控。信号通路主要包括脂联素信号转导通路

以及瘦素受体信号通路等，其中磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B

mTOR)信号通路以及蛋白质酪氨酸激酶/信号转导与转录激活子(Janus

信号通路受到广泛关注。脂代谢在卵母细胞成熟等生殖过程中的重要作用

已被明确证实，其能够介导细胞间和细胞内转运，从而影响细胞周期改变

[7-8]

3.氨基酸代谢：氨基酸转运和代谢在生殖细胞发育和胚胎植入过程中发挥

重要作用。氨基酸可以作为信号分子传递信息，如激素和生长因子是调节

组蛋白和DNA表观遗传修饰所需的物质，同时也可以作为能源物质参与

VN+循环[9-10]。在排卵后，部分氨基酸可作为渗透剂来平衡生殖道中

高渗透的微环境。

二.生殖过程中能量代谢调控

1.精子细胞：精子在不同发育时期的能量代谢存在一定的差异，圆形精子

主要通过乳酸和丙酮酸来供能，附睾精子利用糖酵解途径获得能量[11]。

精子头部鞭毛区域主要进行糖酵解代谢，维持精子运动[12]。在小鼠精

子中敲除糖酵解相关酶后，精子的运动功能完全受损，但却可以维持正常

的线粒体活性[13];干扰乳酸脱氢酶Ldhc基因后小鼠精子会完全失去运

动能力，这表明糖酵解在调控小鼠精子的功能方面扮演重要角色[14]。

阻断人精子氧化磷酸化作用后，ATP含量随之降低、蛋白酪氨酸磷酸化水

平及线粒体活性下降，人类精子对糖酵解的依赖程度远远低于小鼠。目前，

精子中糖酵解和线粒体氧化磷酸化的供能方式存争议[15]。在精液生成

过程中，氨基酸作为精子代谢和补充能量的重要原料，对精子生成和质量

至关重要。精浆作为精子进入女性生殖道的载体，可以保护精子免受