卵母细胞在传递遗传物质、储备营养、维持胚胎发育等生殖过程中发挥重要作用。卵母细胞质量对人类生殖能力、胚胎质量、妊娠的建立和维持以及成年后的健康问题至关重要，也是影响人类辅助生殖技术妊娠结局的关键因素之一。自1993年发现卵母细胞分泌因子(oocyte secreted factors，OSFs)中的生长分化因子9(growth differentiation factor-9，GDF-9)、随后发现的骨形态发生蛋白15(bone morphogenetic protein-15，BMP-15)和骨形态发生蛋白6(bone morphogenetic protein-6，BMP-6)以来，研究者认为卵巢自身分泌的这些生长因子是卵泡发育和卵巢功能的重要调节因子，其信号转导及调节机制也成为近年来生殖生理研究的热点。本文从OSFs、其下游相关受体和Smads蛋白入手，阐述OSFs及其Smads信号通路对卵母细胞质量影响的调节机制。

卵母细胞在生长发育和成熟的过程中，除下丘脑-垂体-卵巢轴的调节外，卵母细胞与其周围的颗粒细胞和卵泡液之间存在着复杂的信号传导网络，卵巢微环境中局部因子以自分泌和旁分泌方式在细胞间相互进行信息交流，激活卵母细胞的生长发育和成熟。近年来国、内外学者从诸多方面研究和评估卵母细胞质量。一方面是卵泡液：①卵泡液内的激素、细胞因子，如雌激素、胰岛素生长因子Ⅰ/Ⅱ^[1]等与卵母细胞的质量呈正相关关系；此外，转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)^[2]、白细胞介素、白血病抑制因子^[3]等也与卵母细胞质量有关。②卵泡液中代谢产物分析，主要用于胚胎培养后培养液的检测，以预测胚胎质量^[4]。另一方面是颗粒细胞：①卵泡液和颗粒细胞氧化应激标志物，如反应活性氧、总抗氧化能力和脂质过氧化物等，卵泡液中总抗氧化能力和脂质过氧化物与临床妊娠率呈正相关关系^{[8, 9]}。②颗粒细胞的凋亡，卵丘颗粒细胞和壁层颗粒细胞的凋亡率与卵母细胞的受精及发育能力呈负相关关系^[7]。③颗粒细胞的基因表达和功能状态，卵丘颗粒细胞内透明质酸合成酶 2、环氧合酶2、gremlin和pentraxin3等基因与卵母细胞的发育能力呈正相关关系^{[8, 9]}等。

目前临床上多从形态学方面来评定卵母细胞质量，如MⅡ期(第2次减数分裂中期)卵母细胞分级、纺锤体结构及受精率、卵裂率和优质胚胎形成率^[10]等。另外，卵母细胞线粒体功能、端粒长度也与卵母细胞质量具有相关性^[11]。

OSFs是由卵母细胞分泌的多种糖蛋白，属于TGF-β，包括GDF-9、BMP-15和BMP-6等，主要表达于卵母细胞，是卵泡发育、卵母细胞成熟必需的细胞因子，与受精、胚胎质量及妊娠结局密切相关，在生殖过程中起着关键作用。在卵泡发育中卵母细胞一直被认为扮演着被动的角色，OSFs的发现使研究者认识到在卵泡发育过程中卵母细胞占有主导地位。卵母细胞利用其分泌的OSFs，不仅以旁分泌的方式影响卵巢颗粒细胞增殖，维持卵泡内微环境稳态，促进卵泡发育，而且通过自分泌方式对卵母细胞的生长发育和成熟发挥重要调节作用。有关OSFs的研究有望成为预测卵母细胞发育能力的有效标志物^[12]。

GDF-9是卵母细胞分泌的糖蛋白，在小鼠、大鼠和人初级卵泡的卵母细胞中开始表达，主要对卵泡的早期发育、颗粒细胞和膜细胞功能起到了重要的调控作用^[13]。De Los Reyes 等^[14]研究发现：不同时间段体外培养的卵母细胞复合体和体内发育的卵母细胞中GDF-9的表达随着时间的延长下降，在初级卵泡期呈高表达，在MⅡ期表达相对较低。在卵母细胞中特异性表达的GDF-9通过自分泌和旁分泌的方式来促进卵母细胞的生长成熟和颗粒细胞的增殖、卵泡膜细胞的分化，并促进卵丘的增殖扩散，维持丘颗粒细胞表型，阻止其凋亡，并影响卵巢合成与分泌甾体激素、细胞因子及蛋白酶。GDF-9与垂体激素相互调节，维持稳定卵母细胞微环境以及卵泡的发育、成熟、排卵及受精过程^{[15, 16]}。Huang等^[17]研究认为：人黄素化颗粒细胞中GDF-9的表达可能对体外受精依赖卵泡刺激素促排卵过程中卵泡的发育发挥作用，并与卵母细胞和胚胎的质量密切相关。

BMP-15是卵母细胞分泌的糖蛋白，也称为GDF-9B，是近期研究较深入的由卵母细胞特异性表达的重要成员之一，在卵泡发育过程及早期胚胎中持续表达^[18]。BMP-15可以促进卵母细胞的生长分化，促使卵母细胞优质生长，调控卵母细胞成熟；调节颗粒细胞的增殖分裂、抑制颗粒细胞凋亡；增加窦卵泡卵泡刺激素受体的表达，促进窦前卵泡向窦卵泡的生长，阻止黄体早熟；促进卵丘扩展及卵泡膜细胞分化，并影响卵巢甾体激素、蛋白酶、细胞因子的合成及分泌，改善卵母细胞生长的微环境^{[19, 20]}。BMP-15可促进颗粒细胞kit配体的产生，后者作用于卵母细胞表面的kit受体，参与对卵母细胞自身生长发育的调控^[21]。BMP-15基因缺失的雌性小鼠卵泡发育受到影响，排卵率下降，自然妊娠率降低，生育能力下降^[22]。研究^[23]发现：牛卵丘-卵母细胞复合体体外培养过程中添加GDF-9或者BMP-15，囊胚率由对照的40%提高到60%，增强了卵母细胞的发育潜能；另外，在成熟液中添加GDF-9或BMP-15后，胚胎总的细胞及滋养层细胞数增加，提高了胚胎的质量。Li等^[24]研究发现：优质胚胎组卵丘颗粒细胞BMP-15和GDF-9 mRNA的表达水平均明显高于对照组，妊娠组BMP-15和GDF-9 mRNA的表达水平明显高于未妊娠组。卵丘颗粒细胞中BMP-15和GDF-9 mRNA的表达水平与卵母细胞成熟、受精、胚胎质量和妊娠结局密切相关。Wu等^[25]研究发现：卵泡液中含有较高水平BMP-15及雌二醇(E2)，其相应卵泡卵母细胞发育潜能好，认为BMP-15可作为评估卵母细胞质量和预测妊娠结局的新分子标记。

BMP-6是骨形态发生蛋白(BMPs)家族成员之一，卵母细胞和颗粒细胞是其首要来源。BMP-6 mRNA在绵羊不同大小卵泡的卵母细胞中均表达，在大鼠最先见于窦前卵泡的卵母细胞和颗粒细胞中^[26]。与BMP-6 (+/+)雌性小鼠比较，BMP-6 (-/-)(BMP-6基因敲除)雌性小鼠平均窝产仔数下降22%。不仅排卵率减少24%，而且体外培养成熟的卵母细胞在体外受精后完全发育成为早期胚胎的能力下降50%，但对卵泡的形态和发育动态无明显影响^[27]，提示BMP-6与卵母细胞的发育潜能和质量有关。最近研究^[28]发现：对于体外受精-胚胎移植的患者，妊娠组卵泡液BMP-6的含量和颗粒细胞中BMP-6 mRNA及其蛋白表达水平均明显高于未妊娠组，说明BMP-6可能在改善卵母细胞质量和妊娠结局过程中发挥重要作用。另外，BMP-6可抑制孕酮的产生，以防止卵泡过度早熟，并具有抗卵丘颗粒细胞凋亡作用^[29]。因此，BMP-6可能是复杂的遗传网络中决定女性生育能力的一部分。

OSFs中的GDF-9、BMP-15和BMP-6均属于TGF-β超家族，在卵泡的生长、发育、闭锁，卵母细胞的成熟，甾体激素的产生等方面均有重要的作用。这些TGF-β超家族成员主要结合2种特异受体(为糖蛋白，属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶受体)才能发挥信号转导作用，分别是TGF-βⅠ型受体和TGF-βⅡ型受体。TGF-βⅠ型受体有4种，分别为ActR-Ⅰ(ALK-2)、BMPR-ⅠA(ALK-3)、TGF-βRⅠ(ALK5)及BMPR-ⅠB(ALK-6)；TGF-βⅡ型受体有3种，分别为ActR-ⅡA、 ActR-ⅡB及BMPR-Ⅱ。

Smads蛋白是TGF-β超家族下游信号转导分子，也是介导TGF-β信号转导的核心蛋白。Smads蛋白至少有8种，按照功能不同分为3种类型，分别为受体调节型Smad蛋白(R-Smad)，包括 Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8；通用型Smad蛋白(Co-Smad)，哺乳动物中仅有Smad4，与R-Smad相互作用，形成异聚体；抑制型Smad蛋白(I-Smad)，包括 Smad6和Smad7，可与激活的Ⅰ型受体结合，从而竞争性抑制R-Smad的磷酸化及Co-Smad介导的基因表达，阻断信号通路。OSFs与细胞膜上的TGF-βⅡ型和Ⅰ型受体结合激活R-Smad蛋白发生磷酸化，磷酸化后的Smad蛋白与Co-Smad蛋白形成Smad复合物转移进入细胞核，与其他辅助因子和作用元件共同调节相应靶基因转录与表达^{[30, 31]}，发挥生理效应。Smads蛋白家族在TGF-β信号转导过程中发挥重要的作用。

GDF-9首先与细胞膜上的Ⅱ型受体(BMPRⅡ)结合，激活Ⅱ型受体使其磷酸化，进而激活其Ⅰ型受体(ALK5)，激活的Ⅰ型受体启动细胞内下游信号分子Smad2/3蛋白使其磷酸化为P-Smad2/3，并与Co-Smad蛋白(Smad4)结合形成Smad复合物进入细胞核，与其他细胞核因子一起调节相应靶基因的转录和表达^[32]，发挥生物学功能。GDF-9/Smads信号转导通路对于体内卵巢颗粒细胞的增殖与分化、卵丘扩散、卵泡的发育以及卵母细胞的生长和成熟十分重要。

BMP-15/Smads信号转导通路与GDF-9/Smads 信号转导通路极为相似，只是与BMP-15结合的Ⅱ型受体为BMPRⅡ，Ⅰ型受体为ALK6，激活的下游信号分子Smad蛋白为Smad1/5/8。BMP-15/Smads 信号转导通路对卵泡发生发育、卵丘扩散、卵母细胞的成熟发挥重要的作用。优质卵母细胞和胚胎及其相应卵泡液中BMP-15含量明显升高^[33]。条件性敲除Smad1、Smad5、Smad8或Smad4基因的小鼠表现为类固醇激素产生减少和排卵功能障碍和不育^{[34, 35]}，因此可以认为BMP-15/Smads信号通路与卵泡的发育和卵母细胞的质量密切相关。

BMP-6/Smads信号转导通路目前研究的还较少。BMP-6是决定女性生殖功能的复杂网络中的一部分，能与BMP-6结合的受体存在于包括人在内的大多数物种卵巢的卵母细胞、颗粒细胞以及膜细胞的细胞膜上。已知BMP-6潜在的Ⅰ型受体为ALK2、ALK6和ALK3，其中前两者与BMP-6亲和力最强。 BMP-6潜在的Ⅱ型受体为BMPRⅡ、ActR-ⅡA和ActR-ⅡB。BMP-6可能通过结合多种Ⅰ型和Ⅱ型受体进行信号转导。在成骨细胞上BMP-6通过结合细胞膜Ⅱ型受体BMPRⅡ受体和Ⅰ型受体ALK2、ALK3和ALK6进行信号传导^[36]，而对卵巢内BMP-6信号转导通路的研究还处于探索阶段^[37]。

卵母细胞质量是影响人类生殖能力、胚胎质量以及人类辅助生殖技术成功率的关键因素之一。尽管国内外学者从许多方面研究和评估卵母细胞质量，但OSFs及其Smads信号通路的发现为研究和评估卵母细胞质量、预测胚胎质量及妊娠结局提供了新的思路。OSFs可能通过其Smads信号通路对卵泡发生发育、卵丘扩散、卵母细胞的生长发育和成熟发挥作用，与调控优势卵泡的发育、卵母细胞的质量密切相关。研究OSFs及其Smads信号通路的调节机制，对探索多种内分泌疾病的发病机制、开创新的临床改善卵母细胞质量治疗的靶向途径均具有重要意义。