多囊卵巢综合征（PCOS）是育龄女性中最常见的高度异质性的内分泌紊乱疾病。根据鹿特丹诊断标准，世界范围PCOS平均发病率高达15%，是导致女性不孕的关键因素之一。研究表明，除了卵泡自身的原因，卵巢颗粒细胞为卵母细胞的发育提供营养和生长调节剂，对卵泡的形成和发育以及排卵至关重要，其死亡、增殖受阻或功能异常是卵泡闭锁和PCOS发生的重要病理诱因。
近日，南京大学医学院王勇教授团队在Redox Biology杂志发表了题为“Methylation reader MBD2-mediated GPX4 transcriptional repression drives ovarian granulosa cell ferroptosis in PCOS”的论文，该研究揭示了甲基“阅读”蛋白MBD2促进Gpx4转录抑制是PCOS颗粒细胞铁死亡和卵巢病变的重要表观遗传学旁路。
严重的有害刺激会导致卵巢颗粒细胞损伤以及各种形式被动或主动调节性死亡，例如凋亡、焦亡、坏死和铁死亡。越来越多的研究表明铁死亡与女性生殖疾病（FRDs）密切相关，包括PCOS、POI、子宫内膜异位症（Ems）、卵巢癌和自然流产等。据报道，PCOS女性血清铁蛋白水平升高，转铁蛋白受体（TFRC）介导的卵巢颗粒细胞铁摄取增加，促进ROS大量释放，引起脂质过氧化和细胞铁死亡，而铁死亡抑制剂能够纠正PCOS样病理改变，可见卵巢颗粒细胞铁死亡是诱发卵泡发育停滞和PCOS的重要因素。铁死亡受铁代谢、脂质代谢、自噬等多种细胞内信号调控，还受DNA甲基化表观遗传的精确调控，但PCOS卵巢颗粒细胞铁死亡的确切上游机制尚不清楚。
医学院王勇教授团队通过皮下注射脱氢表雄酮（DHEA）构建PCOS小鼠模型，发现PCOS模型鼠卵巢组织GPX4下调、TUNEL阳性的颗粒细胞数增多、线粒体缩小以及线粒体嵴消失等铁死亡样改变。颗粒细胞特异性敲除Gpx4（Gpx4GC-/-）或者药理学干预抑制GPX4会导致卵巢变小，黄体占比减少，窦前卵泡占比增加，TUNEL阳性细胞增多，加剧卵巢颗粒细胞铁死亡。
为了探究GPX4下调的可能机制，研究人员利用MethPrimer网站分析发现Gpx4启动子存在丰富的CpG岛。甲基化特异性PCR（MSP）和亚硫酸盐测序（BSP）结果表明PCOS模型鼠卵巢Gpx4启动子出现超甲基化现象，同时伴随甲基转移酶DNMT1，DNMT3a和DNMT3b以及甲基“阅读”蛋白MBD2选择性增加。重要的是，DNA甲基转移酶抑制剂5-Aza能够逆转DHEA诱导的Gpx4启动子超甲基化，进一步证实DNA甲基化驱动Gpx4转录抑制。
为了阐明PCOS中Gpx4下调的转录抑制调控网路，研究人员对DHEA诱导的PCOS小鼠和对照小鼠卵巢组织进行了染色质开放性测序（ATAC-seq），结果显示Gpx4启动子转录起始端存在高结合分MAZ和MBD2位点（motif）并在PCOS小鼠卵巢出现高频调控活性。进一步coIP和ChIP实验表明MBD2在PCOS卵巢诱导性与MAZ、HDAC3和NCoR结合，并聚集在甲基化Gpx4启动子区，而在PCOS颗粒细胞模型中MBD2选择性抑制剂KCC-07可减少其结合，逆转GPX4低表达。相反，KCC-07处理促进乙酰化的组蛋白（Pan-Ace）在同一Gpx4启动子区域结合。这些发现进一步证实MBD2能够识别Gpx4启动子区甲基化的CpG岛，并招募MAZ、HDAC3和NCoR转录抑制复合物促进组蛋白去乙酰化和染色质凝集，导致Gpx4转录抑制，最终诱发颗粒细胞铁死亡和卵巢损伤。
为了进一步探究MBD2上调及DNA甲基化与GPX4抑制和PCOS卵巢病变的关系，研究人员分别对PCOS模型鼠给予KCC-07和5-Aza。结果发现，KCC-07与5-Aza相似程度的纠正PCOS模型鼠卵巢中GPX4低表达和脂质过氧化，并逆转卵巢纤维化和卵泡发育异常，提示MBD2促进GPX4转录抑制形成了PCOS卵巢铁死亡的重要表观遗传调控旁路。
为了直接证实恢复颗粒细胞GPX4是KCC-07抗PCOS铁死亡和卵巢保护作用的关键作用环节，研究人员使用DHEA分别对颗粒细胞特异性Gpx4敲除鼠（Gpx4GC-/-）和Gpx4fl/fl小鼠构建PCOS模型，同时给予KCC-07抑制MBD2。如预期所想，KCC-07有效改善DHEA诱导的Gpx4fl/fl小鼠卵巢功能障碍，减少TUNEL阳性细胞；然而，在Gpx4GC-/-小鼠中，这些抗铁死亡和卵巢保护作用均在很大程度上减弱。这些发现强有力的表明KCC-07对颗粒细胞GPX4修复及抗铁死亡和卵巢保护作用至关重要。
综上，MBD2/GPX4转录抑制是卵巢颗粒细胞铁死亡和PCOS发生的关键表观遗传调控通路，而MBD2是潜在的有效干预靶点，为恢复PCOS卵巢颗粒细胞活力和治疗卵泡发育停滞提供了新的见解。
南京大学医学院曹望森教授、陶高见教授、王勇教授以及王勇教授的博士毕业生王道娟助理研究员该论文共同通讯作者，医学院博士研究生朱政全、硕士研究生王一涵为论文共同第一作者。研究得到了国家自然科学基金（82471675，82201795，82470749）的资助。
