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研究背景:生长分化因子-11（Growth differentiation factor-11,GDF-11）是转化生长因子-β（Transforming growth factor-β,TGF-β）超家族中的一员,也被称为骨形态发生蛋白-11（Bone morphogenetic protein-11,BMP-11）,在人体内由 GDF11 基因编码。研究表明,GDF-11参与小鼠胚胎发育过程中中胚层形成和神经发生,调节胚胎组织中细胞生长和分化,同时也参与成体组织发育及衰老组织再生。TGF-β 超家族另一成员生长分化因子-8（Growth differentiation factor-8,GDF-8）与GDF-11在结构上具有高度的序列相似性,GDF-8又被称为肌肉生长抑素（Myostatin）,是一种由肌纤维细胞产生和释放的蛋白质,在人类中由MSTN基因编码,我们前期研究发现GDF-8参与调控卵巢类固醇甾体激素生成,同时参与多囊卵巢综合征（Polycystic ovary syndrome,PCOS）的发生,然而GDF-11在卵巢中是否表达以及是否参与调节卵巢功能尚未见报道。卵巢类固醇甾体激素的正常合成是维持女性生殖功能的关键,受一系列类固醇激素生成酶的调控,该过程是由黄体生成素（Luteinizing hormone,LH）与位于卵泡膜细胞的LH受体结合后,调控胆固醇在线粒体内生成孕酮,后者在类固醇激素生成酶的作用下转化为雄烯二酮,卵泡刺激素（Follicle-stimulating hormone,FSH）在颗粒细胞内与 FSH 受体结合后进一步调控雌激素生成。其中类固醇生成急性调节蛋白（Steroidogenic acute regulatory protein,StAR）是调控孕激素合成的限速酶,负责胆固醇由线粒体外膜向内膜转运。StAR主要存在于产生类固醇的细胞中,如卵巢中黄素化的颗粒细胞、卵泡膜细胞等。我们前期研究首次揭示GDF-8在人黄素化颗粒细胞（Human granulosa-lutein cell,hGL）中抑制StAR表达和孕激素生成,该过程通过ALK5活化SMAD3和ERK1/2信号通路,然而GDF-11是否参与孕激素合成的过程尚未可知。类固醇甾体激素生成异常可导致女性生殖内分泌疾病,其中最常见的是PCOS,表现为内分泌和代谢异常,如卵泡发育障碍、高雄激素血症、LH增高、卵巢多囊样改变等。PCOS是导致女性不孕症发生的常见内分泌原因,但其发生具体分子机制尚不明确。我们研究发现,与非PCOS患者相比,PCOS患者卵泡液和hGL细胞中GDF-8高表达,可能通过降低孕激素生成参与PCOS发生,进而降低妊娠率。但GDF-11在PCOS患者中表达情况及作用如何亦不明确。尽管GDF-11和GDF-8在其成熟肽及信号结构域内具有89%的序列同一性,但越来越多的证据表明二者可能具有不同的功能。迄今为止,GDF-11在女性生殖功能中的作用完全未知。因此,本研究将阐明GDF-11在人卵巢中的表达及在颗粒细胞中调控StAR生成的作用及分子机制,同时揭示其在PCOS患者中的表达特征,为卵巢卵泡发育和激素生成过程的深入理解提供新的思路,同时为PCOS发生的分子机制研究提供新的研究方向。目的:阐明GDF-11在hGL调控StAR生成的作用及其分子机制,揭示GDF-11在PCOS患者的卵泡液与颗粒细胞中表达特征,研究其是否参与PCOS发生。方法:收集本中心接受体外授精-胚胎移植（In vitro fertilization and embryo transfer,IVF-ET）治疗的不孕症患者的卵泡液,提取hGL细胞,采用逆转录实时定量PCR 法（Reverse transcription quantitative real-time PCR,RT-qPCR）、蛋白印迹法（Western blot）和酶联免疫法（Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）研究GDF-11对StAR表达的作用及分子机制,同时对比分析PCOS患者和非PCOS患者颗粒细胞和卵泡液中GDF-11的表达水平。结果:1.GDF-11在hGL中下调StAR mRNA和蛋白的表达,不影响P450侧链裂解酶（P450 side-chain cleavage enzyme,P450scc）与 3β-羟基类固醇脱氢酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase,3β-HSD）的表达水平。2.使用小分子抑制剂SB431542和ALK5 siRNA预处理可阻断在hGL中GDF-11对StAR mRNA和蛋白的表达的抑制作用,说明ALK5而非ALK4是介导GDF-11抑制StAR表达的关键受体。3.GDF-11 在 hGL 活化 SMAD2 和 SMAD3 信号通路,使用 SMAD3 siRNA预处理可阻断GDF-11对StAR mRNA和蛋白的表达的抑制作用,SMAD2 siRNA预处理无作用说明只有SMAD3信号通路参与GDF-11抑制StAR表达。此外,本研究发现GDF-11在hGL中不活化SMAD1/5/8、ERK1/2和PI3K/AKT等信号通路。4.GDF-11的表达水平在非PCOS和PCOS患者之间的hGL细胞和卵泡液无差异（1.95±0.626 ng/mL vs 1.84±0.853 ng/mL,p=0.5533）。结论:1.GDF-11在人卵泡液与hGL中有所表达;2.GDF-11在hGL中抑制StAR mRNA和蛋白的表达;3.GDF-11在hGL通过与ALK5受体结合、通过活化SMAD3信号通路抑制StAR mRNA和蛋白的表达;4.GDF-11在PCOS患者和非PCOS患者hGL细胞和卵泡液中表达水平无差异。