近日，加州大学、多伦多大学、伦敦帝国理工学院的研究人员合作，在国际***学术期刊 Nature 杂志发表了题为：Maternal vitamin C regulates reprogramming of DNA methylation and germline development 的论文。

该研究表明，在小鼠模型中，母体孕期补充维生素C对于适当的DNA去甲基化和雌性胎儿生殖细胞的发育是必需的。母体孕期缺乏维生素C并不影响胚胎发育，但会导致雌性后代成年后生殖细胞数量减少、减数***延迟和繁殖力下降。

缺乏维生素C的胚胎的生殖细胞转录组与携带Tet1基因无效突变的胚胎的转录组非常相似。维生素C缺乏会导致异常的DNA甲基化，包括减数***和转座因子的关键调控因子的不完全去甲基化。

首先，研究人员试图确定维生素C(也称为抗坏血酸)在发育中的胚系中的作用，此时胚系表达高水平的维生素C转运体。他们使用Gulo-/-，Oct4-eGFP小鼠(Oct4也称为Pou5f1)来测试维生素C在生殖系发育中的作用。雌性小鼠在交配前至胚胎期第13.5天（E13.5）期间的饮用水中去除了维生素C。研究人员之所以选择胚胎期第13.5天，是因为此时代表了在生殖系重编程过程中整体DNA甲基化的***低点。他们关注雌性生殖细胞是因为这些细胞在E13.5时进入减数***期，而在雄性细胞中减数***期只发生在出生后。

研究人员将缺乏维生素C的母鼠的雌性后代与基因相同的对照组小鼠（饮用水含正常水平的维生素C）进行比较，该模型中维生素C的缺乏并不影响胚胎发育，然而，与对照组相比，缺乏维生素C的雌性胚胎中原始生殖细胞(PGCs)的数量显著减少。

当维生素C添加到培养的胚胎干细胞(ES)中，可以诱导DNA去甲基化，并以TET1/ TET2依赖的方式表达一组关键胚系基因，这些基因在体内原始生殖细胞中的表达也依赖于TET1。

值得注意的是，他们发现，在缺乏维生素C的条件下发育的雌性原始生殖细胞中，这些相同的胚系基因一直处于下调状态。

通过RNA测序(RNA-seq)、逆转录定量PCR (qRT-PCR)和免疫组化检测，维生素C缺乏症对胎儿性腺发育进程无整体影响，但会导致生殖细胞数量减少和依赖于TET1的胚系调节基因表达缺陷。

在体内被鉴定为维生素C应答的几个胚系基因是减数***起始和发展的重要调控因子。该研究证实，在缺乏维生素C的生殖细胞中，STRA8和SYCP3在RNA和蛋白质水平上显著降低。与对照组相比，缺维生素C的E14.5小鼠卵巢减数***S期的生殖细胞比例显著增加。虽然S期后各个阶段的变化并不显著，但在缺乏维生素C的卵巢中，它们的总比例有所降低，这种减数***进程的延迟持续到E18.5。

在小鼠生殖细胞减数***过程中染色体的成功配对导致每个细胞约有20个着丝点; 然而，缺乏维生素C的胚胎生殖细胞显著增加，每个细胞有超过25个中心体焦点。值得注意的是，直到青春期才发生减数***的胎儿***，在缺乏维生素C后，生殖细胞数量、形态或标记蛋白表达均无明显缺陷。

总之，这些数据表明，母体孕期缺乏维生素C会导致雌性胎儿生殖细胞减数***的起始和发展出现相当大的缺陷。

接下来，研究人员研究了妊娠期维生素C缺乏对卵巢储备和生育力的潜在产后影响。怀孕的雌性老鼠(F0)和以前一样缺乏维生素C，从E13.5开始恢复含有维生素C的饮食，并准备生育。研究人员发现，与对照组P7幼鼠相比，这些出生后第7天(P7)的幼鼠子宫内缺乏维生素C，卵巢储备异常变化，一些幼鼠的卵细胞发育非常少，但卵巢体积或卵母细胞大小的总体分布无明显变化。此外，与对照组相比，缺乏维生素C的F1代雌性小鼠每次交配后植入胚胎的数量显著减少，妊娠完全失败(缺乏植入位点)的发生率很高。即使在维生素C缺乏的F1雌性小鼠成功怀孕期间，胚胎吸回的频率也异常高。因此，尽管维生素C缺乏的F1代雌性小鼠可以生育，但它们的繁殖力显著降低。

研究结果表明，在E13.5时补充维生素C到母体饮食中并不能消除妊娠早期维生素C缺乏引起的生殖系功能缺陷。因此，研究人员对E13.5生殖细胞的转录组进行了表征。缺乏维生素C的生殖细胞在转录上与对照细胞是完全不同的。他们共鉴定出412个基因在妊娠期维生素C缺乏后生殖细胞中有差异表达，其中下调基因占多数(下调基因314个，上调基因98个); 值得注意的是，在维生素C缺乏的生殖细胞中下调的一组基因在减数***和有性生殖中功能富集。在维生素c缺乏的生殖细胞中，减数***的几个关键调控因子位于下调幅度***大的几个基因中。

与缺乏维生素C的胚胎类似，Tet1 -/-雌性胚胎正常存活，但生殖细胞数量减少、减数***调节因子表达减少、减数***缺陷和生育力下降。但维生素C缺乏并不影响TET、DNMT或其他潜在的维生素C敏感酶在原始生殖细胞中的表达。

这些数据表明，尽管维生素C和TET1可能在雌性胎儿生殖系中具有独特的功能，但维生素C是执行TET1精细介导的转录程序所必需的，并且对正常生育至关重要。

接下来，研究人员使用简并代表性亚硫酸氢盐测序(RRBS)分析比较全基因组范围内，维生素C缺乏与对照组E13.5生殖细胞的基因组DNA甲基化谱。如前所述，E13.5雌性生殖细胞在整体范围内去甲基化，维生素C的存在或缺失并不影响修饰后的胞嘧啶残基在整体范围内的丰度。这些结果与胚系中DNA去甲基化主要通过被动稀释发生的观点相一致，TET1起次要作用。该研究在整个基因组中鉴定了460个差异甲基化区域(DMR)。三分之二的DMR在维生素C缺乏后获得甲基化(285个高甲基化的DMR与175个低甲基化的DMR)，这表明维生素C主要用于DNA去甲基化。

值得注意的是，维生素C缺乏引起的高甲基化DMR与卵巢发育异常和雌性不孕相关的序列密切相关。大多数DMR位于转录起始位点(TSSs)的远端。维生素C缺乏后，55个TSSs基因在其5 kb范围内发生高甲基化，这些基因在胚系调节基因中富集。

总的来说，减数***中的错误是人类生殖失败的主要原因。值得注意的是，TET酶可与细胞的代谢状态紧密联系。研究人员认为，在胚系发育过程中，TET1与代谢和母体营养的相互联系，可根据环境中关键营养物质的丰富程度来调整生殖所需资源的分配。