卵巢早衰(premature ovarian failure,POF)是一种常见疾病,其特征包括40岁以下女性的闭经,低雌激素和高促性腺激素。POF患者伴发不孕症,早期筛查和诊断对受孕或卵母细胞保存具有指导价值。其发病的原因仍然未知,可能与自体免疫、家族遗传、代谢、环境污染等有关。因而,明确POF具体发病机制对治疗女性生育缺陷意义重大。蛋白质异戊二烯化是一种普遍的蛋白质翻译后修饰,主要发生在蛋白质碳末端CaaX基序上的半胱氨酸残基,它利用法尼基焦磷酸(FPP)或香叶基香叶基焦磷酸(GGPP)作为脂质供体,能够提高蛋白疏水性,促进与膜的结合。Ras等小G蛋白质的异戊二烯化对于它们信号转导功能是不可或缺的。香叶基香叶基焦磷酸合成酶(GGPPS)是甲羟戊酸途径中的分支酶,我们实验室前期研究发现GGPPS能够通过对H-Ras、Rheb、Rho等蛋白异戊二烯化修饰的调控,参与到精原细胞的发育、分化和初级/次级卵泡的发育过程。因而,我们猜测GGPPS可能参与到对卵巢早衰的调控中。本研究中,我们检测了 GGPPS在卵巢衰老过程中的表达谱,发现GGPPS随卵巢衰老减少。氧化应激衰老学说启发我们检测衰老卵巢中的活性氧(ROS)及其对GGPPS表达的影响。我们发现年老小鼠卵巢中ROS水平显著高于年轻小鼠,并且在细胞水平,我们利用双氧水处理原代卵母细胞,模拟衰老过程,发现双氧水处理后卵母细胞ROS水平显著升高。双氧水降低GGPPS蛋白而不影响mRNA水平,且ROS清除剂能够缓解GGPPS降低,说明ROS通过不依赖转录水平的调控方式降低了卵母细胞中GGPPS蛋白表达量。通过MG132实验证实,ROS对GGPPS的调控主要是通过泛素化实现的。因而,我们的实验表明在卵巢衰老过程中,累积的ROS能够触发GGPPS泛素化降解。我们在小鼠卵母细胞中特异性敲除Ggpps,以便于明确在卵巢衰老过程中GGPPS的作用。实验结果表明与正常小鼠比较,敲除小鼠卵巢体积明显缩小,卵泡数量和生殖力均急剧减少,和衰老小鼠卵巢表型一致。外源给与可转化为GGPP的香叶基香叶醇(GGOH)后,老年雌性小鼠生育力显著提高,卵巢中线粒体功能、纺锤体形成/附着和减数分裂相关基因的表达也有所恢复。说明GGOH能够逆转小鼠卵巢衰老,恢复生殖力。实验室前期研究表明,GGPPS调控的蛋白质异戊二烯化参与到肌肉、胰岛等的糖稳态中。考虑到代谢综合征对卵巢功能的破坏,我们猜测GGPPS对卵巢衰老的调控可能是通过调节糖代谢实现的。通过观察我们发现老年鼠卵巢中线粒体数目明显降低,且糖代谢关键酶表达升高,而卵母细胞质量基因降低。为了进一步明确糖代谢对卵巢衰老的影响,我们给与小鼠普通饮食(RC)、高脂饮食(HFD)和生酮饮食(KD)5个月。生育力实验结果显示,RC组随时间推移每窝产崽数缓慢降低,HFD组加速了产崽数的下降,由于KD不含有糖等碳水化合物,KD喂养组小鼠卵巢呈现抗衰老表型。值得注意的是,Ggpps敲除小鼠卵巢中糖酵解相关限速酶表达升高,丙酮酸和乳酸含量升高,ATP减少。表明卵母细胞特异性敲除Ggpps引发卵巢无氧糖酵解增加。根据以上实验结果,我们提出GGPPS是控制小鼠卵巢早衰的关键因子,衰老过程中线粒体缺陷导致ROS的累积,通过泛素化降解GGPPS蛋白质,促进卵巢无氧糖酵解,加速衰老。同时提示我们外源补充GGOH可能成为延缓卵巢衰老、治疗卵巢早衰的方法之一。