卵泡是卵巢结构和功能的基本单位,每个卵泡由卵母细胞及体细胞(颗粒细胞)构成。在出生前后,停滞在双线期的卵母细胞开始被周围的颗粒细胞包裹,逐渐形成原始卵泡。原始卵泡形成后数量固定,聚集在卵巢的皮质部位,处于生长发育静止状态,称为原始卵泡库。在每个生理周期,都会有部分原始卵泡受到高度有序的调控,被选择性活化,形成初级卵泡,随后经历次级卵泡,窦状卵泡等几个阶段,最终排卵。卵泡的活化和生长异常,将影响卵巢正常功能的发挥,导致女性生殖健康问题,如卵巢早衰等。因此,研究卵泡的活化和生长机制对于理解卵巢早衰发展的病因和寻找有效的预防和治疗手段具有非常重要的理论依据和临床意义。蛋白质的异戊二烯化修饰包括以FPP为底物的法尼基化修饰和以GGPP为底物的香叶基香叶基修饰,这两种修饰对于一些小G蛋白的膜定位及信号通路活化发挥着重要作用。香叶基香叶基焦磷酸合成酶(GGPPS)以FPP为底物,催化生成GGPP。FPP和GGPP分别在法尼基转移酶FTase和香叶基香叶基转移酶GGTase的催化下,根据蛋白质C末端-CaaX基序的特性,进行法尼基修饰和香叶基香叶基化修饰。我们发现GGPPS大量表达于各级卵泡的卵母细胞中,而在衰老小鼠的卵母细胞中显著下降。这提示我们GGPPS控制的蛋白质异戊二烯化修饰平衡很可能参与卵泡发育的调控。我们利用Cre-loxp系统,在卵母细胞中中敲除GGPPS后,发现原始卵泡形成正常,而初级卵泡发育出现阻滞,卵泡不能向次级卵泡发育,从而导致卵巢早衰,小鼠生育能力下降。进一步分析表明敲除GGPPS导致Racl的香叶基香叶基化修饰下降影响STAT3Y705位点磷酸化,进而阻碍了STAT3的入核,抑制其对卵母细胞特异性基因GDF9的转录作用,导致颗粒细胞接受的GDF9信号下降,Smad2信号受阻而不能正常增殖,即GGPPS敲除导致卵母细胞Racl-STAT3-GDF9信号异常,影响卵母细胞与颗粒细胞之间的交流,从而使得初级卵泡发育阻滞。另一方面,GGPPS敲除小鼠初级卵泡卵母细胞80%的线粒体存在典型的被双层膜包裹的自噬形态,LC3的免疫染色证实GGPPS基因敲除使初级卵泡卵母细胞出现大量的线粒体自噬现象,线粒体数量也显著下降。GGPPS控制的异戊二烯化修饰与蛋白质的上膜定位密切相关,因此我们推测GGPPS敲除后直接影响一些蛋白质的线粒体定位,导致线粒体质量和数量下降,不能满足这个阶段卵母细胞快速生长过程中的能量需求,从而导致初级卵泡发育阻滞。在原始卵泡的活化过程中,卵母细胞发生诸多内在分子信号的变化：一方面卵母细胞进入快速生长,基因组活化合成大量生长发育所需的分子,如GDF9等,GDF9通过旁分泌方式结合到颗粒细胞受体上,促进颗粒细胞的增殖。另一方面卵母细胞大量合成细胞内容物,对能量的需以几何指数增加,需要大量线粒体进行代谢提供足够的能量。这两方面决定了卵母细胞的质量,反应了卵母细胞之后发育的潜能,因此GGPPS敲除影响原始卵泡活化过程中内在分子信号的变化：GDF9和线粒体功能,导致卵母细胞质量下降,活化后的卵母细胞发育潜能降低,导致初级卵泡发育阻滞。综上所述,我们发现GGPPS控制的蛋白质异戊二烯化修饰对卵泡的早期发育至关重要,其对卵泡发育的调控机制体现在一方面通过Racl-STAT3-GDF9信号从而影响卵母细胞和颗粒细胞之间的交流,另一方面则通过控制卵母细胞线粒体的质量和数量。