2025年7月18日，中山大學附屬第六醫(yī)院謝蕓博士、周傳傳副研究員為共同第一作者，中山六院生殖醫(yī)學中心學科帶頭人梁曉燕教授為唯一通訊作者，在國際知名學術(shù)期刊《Science Advances》上發(fā)表題為“Nicotinamide boosts oocyte quantity and quality by promoting N4-acetylation modification in lupus mice”的科研成果。研究系統(tǒng)揭示了N4-乙酰胞苷（ac4C） RNA修飾在系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）的卵母細胞發(fā)育障礙中的核心調(diào)控作用。

本研究通過整合臨床數(shù)據(jù)分析、SLE小鼠模型構(gòu)建及微量轉(zhuǎn)錄組-翻譯組測序、微量細胞ac4C測序（acRIP-seq）等多組學分析，并結(jié)合功能驗證實驗，系統(tǒng)揭示了SLE導致卵母細胞數(shù)量減少和質(zhì)量下降的核心分子機制：N-乙酰轉(zhuǎn)移酶10（NAT10）介導的ac4C RNA修飾水平下調(diào)，進而損害了包括合子停滯蛋白1（Zygote arrest 1，Zar1）在內(nèi)關(guān)鍵母源基因的翻譯效率，最終導致卵母細胞發(fā)育障礙。更重要的是，研究發(fā)現(xiàn)補充維生素B3家族成員煙酰胺（Nicotinamide, NIA）能夠通過抑制去乙�；�酶SIRT1，增強NAT10活性和ac4C修飾水平，從而安全有效地改善SLE小鼠的卵母細胞質(zhì)量、數(shù)量、體外成熟率及妊娠結(jié)局，為SLE患者生育力保護提供了靶向RNA表觀轉(zhuǎn)錄組的精準干預策略。

英文標題：Nicotinamide boosts oocyte quantity and quality by promoting N4-acetylation modification in lupus mice
中文標題：煙酰胺通過促進狼瘡小鼠的ac4C修飾來提高卵母細胞的數(shù)量和質(zhì)量
發(fā)表時間：2025-7-18
發(fā)表期刊：Science Advances
影響因子：IF12.5/Q1
技術(shù)平臺：轉(zhuǎn)錄組-翻譯組、微量ac4C（acRIP-seq）
作者單位：中山大學附屬第六醫(yī)院
DOI:10.1126/sciadv.adu0955

系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE）是一種常見于育齡期女性的自身免疫性疾病，患者常伴有生育能力下降，目前SLE對卵母細胞減數(shù)分裂和發(fā)育相關(guān)的基因翻譯過程的影響尚不明確。

本研究首先進行轉(zhuǎn)錄組和翻譯組測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)SLE小鼠卵母細胞中的蛋白翻譯存在顯著紊亂，且與ac4C修飾相關(guān)。在體外抑制ac4C水平會顯著降低卵母細胞的翻譯效率。

接下來，研究人員通過微量ac4C RNA免疫沉淀測序（acRIP-seq），繪制了SLE小鼠卵母細胞的ac4C修飾圖譜，并發(fā)現(xiàn)ac4C修飾缺失會嚴重損害Zar1的翻譯效率。

此外，研究人員通過SLE小鼠功能驗證實驗發(fā)現(xiàn)，煙酰胺干預可以通過增強ac4C修飾水平，顯著且安全地改善SLE小鼠卵母細胞的數(shù)量和質(zhì)量。

本研究結(jié)果揭示了N-乙酰轉(zhuǎn)移酶10（NAT10）介導的ac4C修飾在SLE卵母細胞異常發(fā)育中的關(guān)鍵作用，并提示了煙酰胺在改善SLE患者生育力方面具有應用前景。

研究方法

• T&T-seq（轉(zhuǎn)錄組與翻譯組聯(lián)合測序）：分別收集SLE和野生型（WT）小鼠的GV期和MII期卵母細胞，同步進行轉(zhuǎn)錄組（總RNA）和翻譯組（核糖體結(jié)合RNA）測序。通過計算翻譯效率（TE，翻譯組FPKM/轉(zhuǎn)錄組FPKM）來評估基因的翻譯活性。
• 微量acRIP-seq：使用抗ac4C抗體對SLE小鼠GV期卵母細胞進行RNA免疫共沉淀，結(jié)合高通量測序，在全基因組范圍內(nèi)繪制ac4C修飾圖譜，鑒定ac4C修飾靶基因。

5、分子機制驗證：

• 免疫熒光染色：檢測卵母細胞中ac4C、m6A、NAT10、ZAR1的蛋白水平及定位。
• qRT-PCR：驗證Nat10、Zar1等基因的mRNA表達水平。
• 體外功能驗證：使用NAT10抑制劑Remodelin處理卵母細胞，觀察其對ac4C修飾、翻譯效率及卵母細胞成熟的影響。

6、干預實驗：

• 煙酰胺（NIA）處理：對SLE小鼠進行煙酰胺灌胃給藥（100 mg/kg/天），評估其對卵母細胞ac4C修飾水平、數(shù)量、質(zhì)量（線粒體膜電位、紡錘體形態(tài)）、體外成熟率及體內(nèi)胚胎發(fā)育結(jié)局的改善作用。
• 安全性評估：觀察NIA處理對SLE小鼠子代主要器官的組織學影響。

圖1：SLE女性卵巢功能和卵母細胞質(zhì)量下降

（2）SLE小鼠的卵母細胞損傷
為排除臨床混雜因素，研究使用TLR7誘導的SLE小鼠模型，直接評估疾病對卵母細胞的功能影響。結(jié)果顯示，SLE小鼠超排卵后獲得的GV期和MII期卵母細胞數(shù)量均顯著少于WT小鼠（圖2A、D）。TMRM染色顯示，SLE小鼠GV期和MII期卵母細胞的線粒體膜電位顯著降低（圖2B-C），提示能量代謝異常。

線粒體功能持續(xù)受損（圖2E-F），紡錘體形態(tài)異常率升高（圖2G-H），染色體排列紊亂。

IVF實驗進一步證實，SLE小鼠MII期卵母細胞受精后，胚胎發(fā)育阻滯主要發(fā)生于4細胞期之后（圖2I-J），表明母源-合子轉(zhuǎn)換（MZT）障礙。上述結(jié)果成功模擬了SLE患者卵母細胞數(shù)量與質(zhì)量雙重受損的臨床特征，為機制研究奠定了可靠的疾病模型基礎(chǔ)。

圖2：SLE小鼠的卵母細胞損傷

（3）SLE小鼠卵母細胞基因表達異常主要發(fā)生在GV期的翻譯過程
研究通過T&T-seq技術(shù)對SLE和WT小鼠卵母細胞的轉(zhuǎn)錄組和翻譯組進行高通量分析。三維主成分分析（3D PCA）顯示，SLE與WT卵母細胞在GV期的翻譯組差異最顯著（圖3B-E）�；鹕綀D分析表明，差異表達基因（DEGs）數(shù)量遠超轉(zhuǎn)錄組，而MII期差異程度減弱（圖3F-I）。

翻譯效率（TE）累積曲線和散點圖顯示，SLE小鼠GV期卵母細胞的整體翻譯效率顯著降低（圖4A），多達6557個基因的TE下調(diào)（圖4C）。KEGG富集分析發(fā)現(xiàn)，TE下調(diào)基因主要富集于代謝、自噬、細胞周期、DNA復制、蛋白質(zhì)合成與降解、、線粒體自噬及細胞衰老等對卵母細胞發(fā)育至關(guān)重要的通路。

圖3：SLE與WT小鼠GV期和MII期卵母細胞的轉(zhuǎn)錄組學與翻譯組學特征差異

圖4：SLE小鼠卵母細胞的翻譯失調(diào)

圖5：NAT10介導的ac4C修飾對SLE小鼠GV期卵母細胞基因翻譯的影響

圖6：體外remodelin處理小鼠卵母細胞的表型與組學圖譜

（6）Zar1是SLE小鼠中ac4C修飾的重要靶基因
為鑒定ac4C直接調(diào)控的關(guān)鍵下游效應分子，研究對SLE小鼠GV期卵母細胞進行了微量細胞acRIP-seq，繪制了SLE卵母細胞ac4C修飾圖譜。技術(shù)質(zhì)控顯示，三次生物學重復間ac4C信號峰分布高度一致（圖7A），共捕獲2757個轉(zhuǎn)錄本（圖7B），ac4C信號峰富集于轉(zhuǎn)錄起始位點（TSS）和終止位點（TES）附近，并鑒定出保守的"CXX"乙�；痬otifs（圖7C）。九象限圖分析顯示，ac4C修飾基因在SLE GV期主要表現(xiàn)為"高轉(zhuǎn)錄-低翻譯"特征（圖7D-E），提示ac4C缺失導致轉(zhuǎn)錄-翻譯解偶聯(lián)。KEGG富集揭示這些基因參與凋亡、緊密連接、間隙連接、神經(jīng)營養(yǎng)因子信號、核糖體、FoxO信號、肌動蛋白骨架調(diào)節(jié)及蛋白質(zhì)合成等通路（圖7F-G），直接與卵母細胞成熟與胚胎發(fā)育相關(guān)。

圖7：SLE小鼠GV期卵母細胞的acRIP-seq圖譜。

(A) SLE小鼠GV期卵母細胞mRNA ac4C修飾分布熱圖（三個生物學重復）。
(B) acRIP-seq靶基因重疊分析維恩圖。
(C) 在卵母細胞acRIP-seq peaks中鑒定到的motifs。
(D-E) GV期和MII期卵母細胞轉(zhuǎn)錄組與翻譯組中acRIP-seq靶基因散點圖（SLE vs WT）。
(F) 對acRIP-seq鑒定出的ac4C基因進行KEGG分析。
(G) acRIP-seq鑒定出的ac4C基因代表性KEGG通路。

研究人員進一步通過將acRIP-seq靶基因、SLE下調(diào)TE基因及Remodelin下調(diào)TE基因進行交集分析，篩選出325個候選靶標，結(jié)合基因在卵母細胞中的高表達及其在卵母細胞成熟和早期胚胎發(fā)育中的已注釋功能，研究鑒定出調(diào)控mRNA翻譯激活與線粒體-核糖核蛋白域組裝的母源效應基因Zar1（圖8A-B）。acRIP-seq顯示Zar1在SLE卵母細胞中ac4C富集程度顯著降低（圖8C），qRT-PCR與免疫熒光證實其轉(zhuǎn)錄水平不變但翻譯水平與蛋白表達顯著下降（圖8D-F），且在Remodelin處理組中結(jié)果類似（圖8G-H）。

上述研究結(jié)果得益于acRIP-seq技術(shù)的成功運用，從全基因組范圍內(nèi)篩選并驗證Zar1是受ac4C修飾調(diào)控的關(guān)鍵下游靶基因，其翻譯受損直接影響了卵母細胞的發(fā)育力。

圖8：Zar1是SLE卵母細胞中ac4C修飾的靶基因之一。

(A) acRIP-seq靶基因、SLE GV期卵母細胞中翻譯效率（TE）下調(diào)基因以及remodelin處理卵母細胞中TE下調(diào)基因的重疊情況維恩圖。
(B)人和小鼠ZAR1中潛在的ac4C修飾位點。
(C) WT與SLE小鼠GV期卵母細胞acRIP-seq中Zar1的富集倍數(shù)水平。
(D) qRT-PCR結(jié)果顯示SLE與WT GV期卵母細胞中鼠Zar1 mRNA的相對表達水平。
(E-F) WT和SLE GV期卵母細胞中ZAR1（紅色）和細胞核（藍色）的免疫熒光圖像及直方圖。
(G-H) remodelin處理組與對照組GV期卵母細胞中ZAR1和細胞核的免疫熒光圖像及直方圖。

（7）煙酰胺通過增強ac4C修飾改善SLE小鼠卵母細胞數(shù)量與質(zhì)量
基于SIRT1通過去乙酰化抑制NAT10活性的機制，研究假設并驗證了NIA可增強SLE卵母細胞的ac4C修飾。體內(nèi)預實驗確定100 mg/kg為最低有效劑量，正式實驗顯示NIA處理的SLE小鼠GV期卵母細胞ac4C修飾水平與ZAR1蛋白表達顯著回升（圖9B-D）。功能表型全面改善：GV期卵母細胞數(shù)量增加（圖9E），線粒體膜電位恢復（圖9F-G）；MII期卵母細胞數(shù)量提升（圖9H），線粒體功能與紡錘體形態(tài)正�；�（圖9I-L），體外成熟率提高（圖9M），并顯示出改善胚胎發(fā)育和活產(chǎn)率的趨勢。

上述研究結(jié)果不僅證明了通過藥理學手段提升ac4C修飾水平可以挽救SLE導致的卵母細胞缺陷，還揭示了NIA兼具改善生殖結(jié)局和緩解疾病癥狀的雙重益處，具有重要的轉(zhuǎn)化醫(yī)學價值。

圖9：煙酰胺通過增加ac4C修飾改善SLE小鼠卵母細胞的數(shù)量和質(zhì)量

結(jié)論和啟示
本研究通過acRIP-seq等分析揭示了SLE疾病狀態(tài)下，個體抑制NAT10翻譯降低卵母細胞ac4C修飾水平，導致母源性mRNA翻譯效率全局性下調(diào)，關(guān)鍵基因Zar1表達下調(diào)引發(fā)卵母細胞成熟障礙與胚胎發(fā)育阻滯。通過功能挽救實驗驗證了煙酰胺通過激活NAT10-ac4C軸可安全有效地恢復卵母細胞數(shù)量與質(zhì)量，改善SLE小鼠生育力。本研究強調(diào)了ac4C修飾表觀調(diào)控在卵母細胞發(fā)育及生殖疾病中的關(guān)鍵作用。

微量細胞acRIP-seq在極少量細胞（如卵母細胞、早期胚胎、干細胞）中研究RNA修飾的動態(tài)變化、精確繪制修飾圖譜并關(guān)聯(lián)其功能影響提供了強大的方法學工具。未來在生殖醫(yī)學、發(fā)育生物學及稀有細胞研究中具有廣泛應用前景。

參考文獻：
Xie Y, Zhou C, Guo Q, Guo Y, Guo J, Chen L, Liu X, Zeng Y, Liang Q, Wu T, Liu J, Liang X. Nicotinamide boosts oocyte quantity and quality by promoting N4-acetylation modification in lupus mice. Sci Adv. 2025 Jul 18;11(29):eadu0955. doi: 10.1126/sciadv.adu0955.