2024年8月23日，王磊團隊在《科學》發(fā)文“Mechanisms of minor pole-mediated spindle bipolarization in human oocytes”。 本文圖片 復旦上醫(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。從細胞生物學與遺傳學角度出發(fā)，復旦大學生物醫(yī)學研究院王磊、桑慶、武田宇團隊聯(lián)合上海交通大學附屬國際和平婦幼保健院李文團隊的最新研究成果揭示了人類卵母細胞紡錘體雙極化機制，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》（Science）雜志上。這也是復旦大學上海醫(yī)學院王磊團隊在人卵發(fā)育的生理與病理機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后，會經歷一段較長時間的 “多極紡錘體”（Multipolar spindle）階段，而后才形成雙極狀紡錘體，同時發(fā)現(xiàn)了調控紡錘體雙極化的關鍵蛋白，并在臨床多個卵子和胚胎發(fā)育異?；颊咧需b定到編碼這些關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特生理病理機制。

研究圖示。

全球有6000萬-8000萬對夫婦面臨不孕之苦，有數(shù)百萬人進行試管嬰兒治療，但臨床中時常遇到卵子、授精及胚胎發(fā)育異常的情況，人們對這些異常背后的原因及機制所知甚少。

王磊十多年前提出研究假設：遺傳因素可能是導致人卵成熟與發(fā)育異常的重要原因之一。2016年，王磊/桑慶團隊發(fā)現(xiàn)人類卵子成熟障礙的第一個致病基因——靈長類特異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%卵母細胞成熟障礙患者，如今已廣泛應用于臨床檢測。繼TUBB8之后，團隊又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)24個人類卵子成熟障礙的致病基因并明確了機制。

研究團隊認為，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，靈長類特異基因TUBB8的發(fā)現(xiàn)，標志著人類卵子成熟障礙機制研究邁出了第一步，同時也表明人卵紡錘體成分具有獨特性。

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？為厘清生理機制，王磊/桑慶/武田宇團隊持續(xù)深耕，將研究聚焦至人卵紡錘體組裝的早期階段，即微管聚合機制研究。

研究團隊成員。

2022年，團隊發(fā)現(xiàn)人卵中存在一種獨特的微管組織中心，將其命名為huoMTOC，進一步揭示人卵紡錘體的獨特之處，打破了此前學界普遍認為人卵中沒有微管組織中心結構的觀點。

在最新研究中，團隊通過免疫熒光和活細胞時間序列成像技術，首次對減數(shù)分裂開始后紡錘體的組裝過程進行了高清晰度的實時觀察。結果顯示，人卵母細胞核膜破裂之后，染色體動粒會相聚成簇。隨后，新生微管負端在動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“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)長達7-9個小時。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“大極（Major pole）”，最終完成紡錘體雙極化過程-多極紡錘體轉變?yōu)殡p極紡錘體?！耙陨线^程與有絲分裂及其他哺乳動物卵母細胞的紡錘體雙極化過程截然不同，進一步展現(xiàn)出人卵紡錘體組裝的獨特機制。”王磊強調。

研究人員通過篩選發(fā)現(xiàn)了3種蛋白（HAUS6，KIF11和KIF18A）的缺失會導致人卵紡錘體雙極化失敗：HAUS6通過促進微管的擴增為紡錘體雙極化提供物質基礎；KIF11通過調控微管間的交聯(lián)和相對滑動實現(xiàn)紡錘體的雙向延伸；KIF18A通過抑制微管的過度生長維持紡錘體的穩(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，這些突變位點會引起不同程度的紡錘體雙極化異常，從而導致卵母細胞成熟障礙、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制，發(fā)現(xiàn)“多極紡錘體”是人卵紡錘體雙極化過程中必經的生理狀態(tài)，明確了調控此過程的關鍵蛋白；同時，發(fā)現(xiàn)關鍵基因突變導致雙極化異常引起卵子和胚胎發(fā)育障礙的病理機制。研究為人卵紡錘體組裝過程提供了全新認識，并為臨床生殖障礙疾病的診療提供理論依據。