2024年8月23日，王磊團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)文“Mechanisms of minor pole-mediated spindle bipolarization in human oocytes”。 本文圖片 復(fù)旦上醫(yī)供圖
全球不孕不育率持續(xù)上升，如今已接近15%-20%，成為僅次于癌癥、心腦血管疾病的人類第三大健康問題。從細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)角度出發(fā)，復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院王磊、桑慶、武田宇團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交通大學(xué)附屬國(guó)際和平婦幼保健院李文團(tuán)隊(duì)的最新研究成果揭示了人類卵母細(xì)胞紡錘體雙極化機(jī)制，為生殖障礙疾病的研究與治療，提供了重要的解釋視角與理論支持。
2024年8月23日，相關(guān)成果以“Mechanisms of minor pole-mediated spindle bipolarization in human oocytes”為題，發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》（Science）雜志上。這也是復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院王磊團(tuán)隊(duì)在人卵發(fā)育的生理與病理機(jī)制研究上取得的又一重大突破。
該研究發(fā)現(xiàn)，人卵紡錘體微管聚合啟動(dòng)后，會(huì)經(jīng)歷一段較長(zhǎng)時(shí)間的 “多極紡錘體”（Multipolar spindle）階段，而后才形成雙極狀紡錘體，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了調(diào)控紡錘體雙極化的關(guān)鍵蛋白，并在臨床多個(gè)卵子和胚胎發(fā)育異?；颊咧需b定到編碼這些關(guān)鍵蛋白的基因存在突變，從而揭示了人卵紡錘體雙極化的獨(dú)特生理病理機(jī)制。
研究圖示。
全球有6000萬-8000萬對(duì)夫婦面臨不孕之苦，有數(shù)百萬人進(jìn)行試管嬰兒治療，但臨床中時(shí)常遇到卵子、授精及胚胎發(fā)育異常的情況，人們對(duì)這些異常背后的原因及機(jī)制所知甚少。
王磊十多年前提出研究假設(shè)：遺傳因素可能是導(dǎo)致人卵成熟與發(fā)育異常的重要原因之一。2016年，王磊/桑慶團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人類卵子成熟障礙的第一個(gè)致病基因——靈長(zhǎng)類特異β-微管蛋白TUBB8，從而明確了此疾病為人類新遺傳病。該基因可解釋約30%卵母細(xì)胞成熟障礙患者，如今已廣泛應(yīng)用于臨床檢測(cè)。繼TUBB8之后，團(tuán)隊(duì)又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)24個(gè)人類卵子成熟障礙的致病基因并明確了機(jī)制。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，紡錘體的存在及其正常與否，直接決定了卵子是否能夠正常成熟與受精。作為人卵紡錘體的主要組成部分，靈長(zhǎng)類特異基因TUBB8的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著人類卵子成熟障礙機(jī)制研究邁出了第一步，同時(shí)也表明人卵紡錘體成分具有獨(dú)特性。
更深層的核心問題在于：人卵如何從零開始組裝成一個(gè)紡錘體？紡錘體是如何發(fā)展成為雙極紡錘體的？為厘清生理機(jī)制，王磊/桑慶/武田宇團(tuán)隊(duì)持續(xù)深耕，將研究聚焦至人卵紡錘體組裝的早期階段，即微管聚合機(jī)制研究。
研究團(tuán)隊(duì)成員。
2022年，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)人卵中存在一種獨(dú)特的微管組織中心，將其命名為huoMTOC，進(jìn)一步揭示人卵紡錘體的獨(dú)特之處，打破了此前學(xué)界普遍認(rèn)為人卵中沒有微管組織中心結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)。
在最新研究中，團(tuán)隊(duì)通過免疫熒光和活細(xì)胞時(shí)間序列成像技術(shù)，首次對(duì)減數(shù)分裂開始后紡錘體的組裝過程進(jìn)行了高清晰度的實(shí)時(shí)觀察。結(jié)果顯示，人卵母細(xì)胞核膜破裂之后，染色體動(dòng)粒會(huì)相聚成簇。隨后，新生微管負(fù)端在動(dòng)粒附近聚合并初步形成紡錘體的極，將其命名為“小極（Minor pole）”。
在第一次減數(shù)分裂前中期，多個(gè)“小極”組裝形成典型的“多極紡錘體”，多極紡錘體狀態(tài)持續(xù)長(zhǎng)達(dá)7-9個(gè)小時(shí)。在此期間，小極的數(shù)目逐漸增多并聚集，直到第一次減數(shù)分裂中期形成兩個(gè)“大極（Major pole）”，最終完成紡錘體雙極化過程-多極紡錘體轉(zhuǎn)變?yōu)殡p極紡錘體。“以上過程與有絲分裂及其他哺乳動(dòng)物卵母細(xì)胞的紡錘體雙極化過程截然不同，進(jìn)一步展現(xiàn)出人卵紡錘體組裝的獨(dú)特機(jī)制。”王磊強(qiáng)調(diào)。
研究人員通過篩選發(fā)現(xiàn)了3種蛋白（HAUS6，KIF11和KIF18A）的缺失會(huì)導(dǎo)致人卵紡錘體雙極化失?。篐AUS6通過促進(jìn)微管的擴(kuò)增為紡錘體雙極化提供物質(zhì)基礎(chǔ)；KIF11通過調(diào)控微管間的交聯(lián)和相對(duì)滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)紡錘體的雙向延伸；KIF18A通過抑制微管的過度生長(zhǎng)維持紡錘體的穩(wěn)定性。這3種蛋白相互配合，在人卵紡錘體雙極化建立過程中發(fā)揮了重要作用。
在卵子和胚胎發(fā)育異?；颊咧羞M(jìn)行的突變篩查顯示，11位患者分別攜帶以上3種蛋白的致病突變，這些突變位點(diǎn)會(huì)引起不同程度的紡錘體雙極化異常，從而導(dǎo)致卵母細(xì)胞成熟障礙、受精失敗及早期胚胎發(fā)育停滯。
綜上所述，該研究首次揭示了人卵紡錘體雙極化的生理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)“多極紡錘體”是人卵紡錘體雙極化過程中必經(jīng)的生理狀態(tài)，明確了調(diào)控此過程的關(guān)鍵蛋白；同時(shí)，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵基因突變導(dǎo)致雙極化異常引起卵子和胚胎發(fā)育障礙的病理機(jī)制。研究為人卵紡錘體組裝過程提供了全新認(rèn)識(shí)，并為臨床生殖障礙疾病的診療提供理論依據(jù)。
