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卵泡是哺乳动物卵巢结构和功能的基本单位,颗粒细胞（Granulosa cells,GCs）作为卵泡中最大的体细胞群,为卵母细胞的生长和成熟提供营养物质和微环境。哺乳动物卵巢中,只有1%的卵泡发育排卵,其余99%的卵泡在发育过程中发生闭锁。目前研究表明GCs凋亡是卵泡发生闭锁的主要原因,而卵泡的正常发育离不开GCs增殖和雌二醇合成。成纤维细胞生长因子21（Fibroblast growth factor 21,FGF21）是一种主要由肝脏分泌的代谢因子,依靠成纤维细胞生长因子受体1（Fibroblast growth factor receptor 1,FGFR1）与β-klotho（KLB）组成的复合体活化进行信号转导。已有研究表明FGF21通过下丘脑-垂体-卵巢轴影响雌性生殖能力,然而FGF21除了通过内分泌发挥作用外,近年也发现FGF21以自分泌的方式在调节白色脂肪细胞棕色化过程中发挥重要作用。本研究在猪卵巢GCs中存在FGF21及其受体FGFR1和辅助受体KLB,因此推测FGF21除了上述以内分泌的方式调控雌性繁殖力外,在卵巢GCs中也可以作为自分泌因子可以直接调控GCs功能影响卵泡发育。本研究以猪卵巢GCs为研究对象,通过干扰和过表达FGF21的方式从细胞和分子水平结合转录组测序技术探究其对GCs增殖、凋亡和雌二醇（Estradiol,E2）合成的作用及机制,并在FGF21全身性敲除小鼠中验证了其影响卵泡发育的作用机制。主要研究结果如下:1.FGF21在GCs中表达并且促进雌二醇合成。通过Western blot和q RT-PCR检测发现FGF21在高产母猪卵巢中的表达量显著高于低产母猪（P＜0.05）,卵巢组织免疫荧光染色结果也显示FGF21及其受体主要在猪卵巢GCs中表达。并且随着卵泡直径的增大,GCs中FGF21表达升高。在体外培养的猪卵巢GCs中干扰和过表达FGF21,发现r FGF21显著增加类固醇激素合成关键基因胆固醇侧链裂解酶（CYP11A1）和芳香酶（CYP19A1）的表达（P＜0.05）,促进GCs合成雌二醇（E2）。2.FGF21促进GCs增殖同时抑制其凋亡。通过Western blot、q RT-PCR,流式细胞术,CCK-8、Ed U染色等发现FGF21诱导GCs中细胞周期相关因子Cyclin B、Cyclin D和Cyclin E的表达升高（P＜0.05）,抑制细胞增殖负调控因子p21的表达（P＜0.05）;同时增加了处于增殖期的GCs数目。除此之外,GCs中过表达FGF21,经q RT-PCR和Western blot检测显示抗凋亡因子BCL2的水平显著增加（P＜0.05）,而促凋亡因子BAX的水平显著降低（P＜0.05）,流式细胞术检测也发现FGF21降低了GCs早期凋亡的细胞比例。3.FGF21激活PI3K/AKT/m TOR信号通路促进GCs增殖和雌二醇合成。通过干扰和过表达FGF21的GCs转录组测序数据分析发现,si FGF21和对照组相比以及r FGF21（0 ng/m L）添加组和r FGF21（1 ng/m L）添加组相比显著上调的基因分别有246个和712个,显著下调的基因分别有246个和849个。对差异基因（DEGs）进行KEGG富集分析发现,si FGF21处理组和r FGF21（1 ng/m L）添加组中差异基因都高度富集在PI3K-AKT信号通路。利用PI3K抑制剂LY294002进一步处理GCs,验证发现FGF21及其受体FGFR1和辅助受体KLB形成复合体后激活了PI3K/AKT/m TOR信号通路,调控类固醇生成关键基因CYP11A1和CYP19A1以及细胞周期相关因子Cyclin B、Cyclin D、Cyclin E和p21的表达,促进GCs的增殖和雌二醇（E2）合成。4.FGF21提高GCs线粒体生物合成以及维持细胞氧化-抗氧化系统的平衡抑制细胞凋亡。r FGF21处理后,GCs死亡受体基因的表达没有差异,而与线粒体相关的基因变化显著。本研究通过干扰和过表达FGF21利用Western blot,q RT-PCR,ELISA等检测发现r FGF21显著增加了GCs线粒体数目和DNA拷贝数（P＜0.05）,细胞ATP浓度和总抗氧化活性（T-AOC）也升高（P＜0.05）;同时线粒体生物合成过程中的关键基因ND3,COX2和COX3表达显著增加（P＜0.05）,表明r FGF21促进了GCs线粒体生物合成并维持了细胞内氧化-抗氧化系统的平衡从而抑制了GCs凋亡的发生。5.FGF21敲除小鼠卵泡发育受阻。为了进一步验证FGF21对卵泡发育的影响,对100 d野生型小鼠和FGF21全身性敲除小鼠的卵巢进行HE染色和卵巢全部切片进行各级卵泡数统计发现FGF21 KO小鼠卵巢中大卵泡数量较少,更多的是处于腔前期的卵泡。卵巢PCNA染色和Tunel染色也显示FGF21 KO小鼠卵巢GCs增殖活性显著降低（P＜0.0001）而凋亡程度显著增加（P＜0.05）。统计发现FGF21 KO小鼠发情周期紊乱,产仔数显著降低（FGF21 KO小鼠平均产仔数:3只;野生型小鼠平均产仔数:8只）（P＜0.001）。说明FGF21敲除小鼠GCs凋亡加剧使卵泡发育受阻。综上所述,FGF21及其受体FGFR1和辅助受体KLB主要在猪卵巢GCs中表达,并且FGF21随着卵泡直径的增大表达升高。通过细胞、分子实验发现FGF21促进GCs雌二醇的合成并且增强了增殖活性,抑制凋亡发生。从机制上来看,FGF21和FGFR1以及KLB形成复合物激活了PI3K/AKT信号通路使雌二醇合成关键基因和细胞周期相关因子表达升高,增强了GCs雌二醇的合成和增殖活性。并且PI3K/AKT信号通路被激活后,GCs线粒体生物合成增强,维持了细胞氧化-抗氧化系统的平衡来对抗细胞凋亡的发生。这些结果在FGF21 KO小鼠卵巢中得到了初步验证,解释了FGF21缺失造成卵泡发育受阻的部分原因。为进一步阐明猪卵泡发育潜在的调控机制提供理论依据,为今后从分子选育方面提高猪的排卵数乃至产仔数提供分子标记。