背景および目的
メラトニンは卵巣と顆粒膜細胞によって生成される卵胞液中に存在します[15]。さまざまな哺乳類種にわたって、メラトニン は卵胞の発育と卵巣機能の調節において重要な役割を果たしています。広範な研究により、女性の生殖能力に対する メラトニン の有益な効果が調査されています。最近の報告では、卵胞液中の メラトニン 濃度が卵巣予備能および体外受精 の結果を予測するための指標として機能する可能性があることが示されました。
別の研究では、生殖年齢の高齢女性の卵胞液中のメラトニン濃度が低いことが報告されています。したがって、体内または体外での外因性 メラトニン 補給は、生殖能力を改善するための効果的な治療アプローチとなる可能性があります。
生殖年齢の高齢女性（38～42歳）46名を対象とした前方視的研究では、前回の体外受精サイクルと比較して、統計的に有意に高い成熟卵母細胞数、受精率、移植された総胚数と高品質胚の両方が観察されました。しかし、回収された卵子の数には差は観察されませんでした。卵子の質を改善するための経口メラトニンの有効性が報告されています。それにもかかわらず、体外成熟培養を介した進行した卵母細胞に対するメラトニンの直接的な影響については、さらなる研究が必要です。最近、体外成熟 中に メラトニン を組み込むと、未熟なヒト卵母細胞の成熟が促進され、健康な子孫の発育に貢献できることが示唆されています。これらの知見に基づくと、メラトニン を補充した 体外成熟 培養が生殖年齢の高齢女性に見られる配偶子の質の低下を効果的に抑制できるかどうかを調査する価値があります。
そのため、私たちは生殖年齢の高齢女性の未熟卵母細胞を使用して、体外成熟した卵母細胞の酸化還元レベル、ミトコンドリア機能、正倍数性、および発生の可能性を調べる 体外成熟研究を設計しました。この研究の目的は、特にこの年齢層において、メラトニン 補給が卵母細胞の品質とその後の発生結果を改善する潜在的な利点を調査することを目的としました。
材料
83人の若年患者（年齢<35歳）から129個の未熟卵母細胞を
72人の高齢患者（年齢≥35歳）から265個の未熟卵母細胞を採取し検討を行いました。
結果
ヒト卵母細胞が加齢とともに酸化ストレスの増加を受けるかどうか、またこれが メラトニン 補給によって逆転できるかどうかを調査することを目的としました。
予想通り、卵母細胞中の活性酸素種( ROS )レベルは高齢群の方が若年群よりも有意に高く、高齢女性の卵母細胞は酸化ストレスに対して脆弱であることを示しています。しかし、高齢 + メラトニン 群では、ROS レベルは高齢群と比較して有意に低かったです。注目すべきことに、若年群と高齢 + メラトニン 群の間には ROS レベルに有意差はありませんでした。同様に、卵母細胞中の GSH レベルは高齢群の方が若年群と比較して有意に低かったです 。しかし、高齢 + MT 群では、還元型グルタチオン(GSH) レベルは高齢群と比較して有意に高かったです 。
卵母細胞自体に加えて、体外成熟培養培地の環境も細胞内酸化ストレスに影響します。そのため、対照群と メラトニン 群の培養培地中の ROS および GSH レベルを測定しました。メラトニン群の ROS レベルは対照群と比較して有意に低く、GSH レベルは対照群よりも高かったです。これらの結果は、メラトニン補給が酸化ストレスを軽減することで生殖年齢の高齢女性の卵母細胞の品質を改善することを示唆しています。
ミトコンドリアの機能は、mtDNAのコピー数と密接に関係しています。mtDNAは環状と線状の形で存在し、線状mtDNAは損傷した二本鎖mtDNAの分解の中間産物です。環状mtDNAの割合は、ある程度、細胞のミトコンドリア機能を反映しています。 酸化ダメージはミトコンドリアの機能を損なう可能性があり、メラトニン補給は卵母細胞における酸化ストレスを軽減することができる。したがって、我々の目的は、メラトニン補給が生殖年齢の高齢女性における環状mtDNAの割合を増加させ、それによってミトコンドリア機能を改善できるかどうかを判断することである。定量PCRを用いた単一IVM-MII卵母細胞分析では、3つのグループ間で全mtDNAのコピー数に有意差は認められなかった。高齢群の卵母細胞では、若年群と比較して環状mtDNAの割合が有意に減少しているのを観察した。しかし、メラトニン補給後、高齢卵母細胞における環状mtDNAの量と環状mtDNAの割合が増加した。
真核細胞では、ATPの生産は主にミトコンドリアに依存しています。卵母細胞ATP産生が加齢とともに低下し、メラトニン補給によって回復できるかどうかを評価するために、3つのグループのATPレベルを調査しました。その結果、高齢グループの卵母細胞は若年グループの卵母細胞よりもATP含有量が低いことが明らかになりました。さらに、ATP含有量は高齢+メラトニングループの方が高齢グループよりも有意に高かった。若年グループと高齢+メラトニングループの間にはATP含有量に有意差はありませんでした。これらの結果は、メラトニン介入が環状mtDNAを増加させることでATP産生を改善することを示唆しています。
染色体異常は主に減数分裂において最もエネルギーを消費する段階の一つである紡錘体の組み立てに関連しています。その結果、ATP合成が不十分になると染色体異常につながる可能性があります。卵母細胞中のATP量は加齢とともに徐々に減少しますが、メラトニン補給によりこの傾向を回復させることができます。そこで、私たちは、ヒト卵母細胞の紡錘体構造と染色体配列が加齢とともに損傷を受けて異数性につながるかどうか、そしてメラトニン補給によりこの損傷を回復できるかどうかを調査しました。
紡錘体異常のある卵母細胞の割合は、若年群よりも高齢者群で有意に高かった。しかし、紡錘体異常のある卵母細胞の割合は、高齢者＋メラトニン群の方が高齢者群よりも低かった。次世代シーケンシングの結果はこの発見を裏付けました。
これらの結果は、メラトニン補給がATP産生を増加させることで、高齢の生殖年齢の女性の卵母細胞における染色体異常の発生率を低下させることを示唆しています。
最後に、メラトニン補給が高齢生殖年齢女性の卵母細胞の発生能を改善するかどうかを調査しました。
高齢群の発生能は、特に成熟率、胚盤胞形成率、良好胚盤胞に関して、若年群よりも有意に低いことが観察された。高齢 + メラトニン群は高齢群より成熟率と胚盤胞形成率が有意に高くなりました。ただし、若年グループと高齢 + メラトニン群の間では、発生パラメータに有意差はありませんでした。
これらの結果は、卵母細胞の発生能は加齢とともに低下し、メラトニン補給によって加齢に伴う発生能の低下が回復することを示唆しています。
考察
本研究では、メラトニン の添加が卵母細胞の健康に良い影響を与えることを観察しました。具体的には、メラトニン の補給により細胞内 ROS レベルが低下し、ミトコンドリアの損傷が最小限に抑えられました。この ROS レベルの減少は、卵母細胞内の環状ミトコンドリア DNA の割合の増加に寄与し、ミトコンドリア機能の改善を示しています。最終的に、このミトコンドリア機能の改善により、卵母細胞での ATP 産生が増加します。卵母細胞の最初の減数分裂中の ATP 供給の増加により、染色体分離エラーの可能性が減少します。このプロセスにより、高齢の生殖年齢の女性の卵母細胞における染色体異常の発生率が低下し、胚の発育と周期の結果が改善される基礎が築かれます。
さらに、ミトコンドリアは母系遺伝ですが、精子のミトコンドリアタンパク質は卵母細胞に入った後にオートファジーによって分解されます。その結果、卵母細胞由来のミトコンドリアは着床前胚発生中のATPの主な供給源となります。今回の調査は、メラトニン補給がなぜ高齢生殖年齢女性の卵母細胞のミトコンドリア機能とその後の発達能力を保護するのかを説明するのに役立ちます。
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