张锋/陈晓军/秦莹莹/栗妍等团队合作发现RNF111有害变异导致早发性卵巢功能不全和女性生育力下降

目前，不孕不育是影响人类生殖健康和人口质量的重大问题。世界卫生组织的调查显示全球约有1/6的夫妻存在不孕不育问题，另外，多个研究指出单独女性因素占比约为33-50% (Thonneauet al. Hum Reprod 1991; Tamrakar etal. J Nepal Health Res Counc 2019)。早发性卵巢功能不全(premature ovarian insufficiency, POI) 是导致女性不孕的一个重要疾病，其发病率约为1%。POI是指女性在40岁前丧失卵巢功能，极大的影响了女性生育能力，并且还会导致骨质疏松、心血管疾病、认知障碍等疾病风险升高 (ESHRE et al. Hum Reprod2016)。已有的研究虽然发现了多个POI致病基因，但是仍然有约80%的患者病因不明 (Ke et al. Nat Med 2023)。

近日，复旦大学、宋庆龄妇幼健康研究院张锋教授、复旦大学附属妇产科医院、同济大学附属第十人民医院陈晓军教授、山东大学妇儿与生殖健康研究院秦莹莹教授和华中科技大学附属同济医院栗妍副教授等多个团队合作在Science China Life Sciences上发表了题为“Deleterious variants inRNF111impair female fertility and induce premature ovarian insufficiency in humans and mice”的封面文章。

为了解析POI的遗传因素，此研究首先通过比较基因组杂交芯片技术和全外显子组测序技术对一个POI家系进行遗传分析，并发现了POI的一个新候选基因RNF111（图1）。随后，作者在POI队列和卵巢储备减少 (decreased ovarian reserve, DOR) 队列中进一步分析和验证RNF111有害变异对POI和女性生育力下降的贡献。该研究在1030例POI患者中发现8位患者携带4个RNF111有害变异，其中一位患者携带与家系患者相同的罕见变异。值得注意的是，通过与华表数据库的5000个汉族对照人群进行比较，作者发现RNF111有害变异在POI患者中显著富集。另外，作者也在500个DOR患者中发现两位患者携带RNF111有害变异。这些结果提示RNF111有害变异能够导致POI和女性生育力下降。

图1 在一个中国POI家系中发现RNF111基因有害变异

作者接下来对RNF111在卵巢中的表达模式进行了研究，发现RNF111/RNF111在人、猴和小鼠卵巢中都主要表达于卵母细胞中，并且在发育中的卵母细胞中表达水平更高。这些结果提示RNF111在卵母细胞中发挥重要功能并进一步支持之前的遗传分析结果。

为了进一步证明RNF111在POI和女性生育力中的作用，作者构建了Rnf111杂合敲除小鼠进行验证，此外，作者还构建了Rnf111杂合错义突变小鼠用于模拟和验证上述POI家系患者中的有害变异。两种杂合突变小鼠都表现出明显的生育力下降，其中杂合敲除小鼠的表型更加严重。随后，作者对生育力下降的原因进行分析。虽然两种杂合突变小鼠的卵巢形态都正常，但是通过卵巢连续切片进行卵泡计数，作者发现两种杂合突变小鼠的卵巢储备都显著下降，并且通过结合组织透明化技术和免疫荧光技术进一步发现两种杂合突变小鼠的初始卵巢储备显著降低。

由于RNF111编码一个E3泛素连接酶，并且被报道能够调控BMP信号通路。于是，作者对杂合敲除小鼠卵巢的转录组进行分析以揭示Rnf111的潜在作用机制。RNA-seq发现突变小鼠卵巢中多个卵巢功能相关信号通路失调，其中女性性腺发育和BMP信号通路负调控最为显著。另外，作者也发现卵子中BMP信号相关基因也发生了明显异常。随后，作者通过定量蛋白质组在蛋白水平上验证了RNA-seq的发现。这些结果说明Rnf111单倍剂量不足能够导致卵巢功能紊乱并提示Rnf111可能是通过调控BMP信号在卵巢中发挥作用。

综上所述，此研究发现了POI的一个新致病基因RNF111；发现RNF111/RNF111在人、猴和小鼠卵巢中都高表达于卵母细胞中；通过构建两种杂合突变小鼠证明了RNF111能够导致女性生育力下降和POI的发生；发现Rnf111单倍剂量不足能够导致卵巢功能失调。

张锋教授和陈晓军教授为该文章的共同通讯作者。张锋研究组宋成成博士、山东大学妇儿与生殖健康研究院秦莹莹教授、华中科技大学附属同济医院栗妍副教授为该文章共同第一作者。

此研究历时5年完成，期间得到了复旦大学金力院士、唐淑妍副研究员、吴燕华教授、杨冰义医生、山东大学妇儿与生殖健康研究院郭婷副教授等的大力支持和帮助。