第七章受精的机制

4.参与精卵间相互作用的其他分子
(1)DE (CRISP一1 , ARP)一种相对分子质量37 x 104的精子结 合糖蛋白，由附睾上皮细胞以依赖雄激素的方式合成并分泌于精子 头部的表面。DE位于大鼠精子头部的背侧，在精子成熟（雌性生 殖道内）的过程中，Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ转移至赤道段，赋予精子与卵结合的能力。
(2)细胞外基质蛋白 人精子上存在几种细胞外基质蛋白，如纤连蛋 白( fibronectin ) ,层粘连蛋白(laminin )和玻连蛋白 ( vitronectin )。有报道纤连蛋白与精子赤道段相结合。玻连蛋 白位于具完整顶体的精子顶体部，在顶体反应后释放。
目前认为多磷酸肌醇的产物是诱发顶体反应的第二信使。 多磷酸肌醇在磷脂酶C (PLC)的作用下，产生4,5-磷 醋酞肌醇二磷酸（PIP2)。 PIP2被PLC水解，产生二 酰甘油（DAG）和1,4,5一三磷酸肌醇(IP3),在IP3 作用下，细胞内非线粒体储存的Ca2+释放，使细胞内 Ca2+的水平提高，从而激活一些顶体反应所需的关键 酶；作为第二信使DAG，它活化PKC，后者使蛋白磷 酸化，诱导顶体反应。
由小鼠t-complex基因编码的蛋白TCP-11，可能是FPP的受体。 人类具有TCP-11的同源基因，提示TCP-11和FPP在生育／低生育 力的人中占有一定作用。
第三节 精卵识别的分子基础
精卵识别有距离识别和接触识别，前者见于体外受精动 物的向化性距离识别效应；在接触识别中精子与滤泡细胞、 透明带（zone pellucida，ZP）和卵黄膜在三个独立 的水平精确的相互作用，其中精子与透明带相互作用为专 一的反应，可诱导顶体反应(acrosomal reaction).
启动卵母细胞成熟分裂恢复的活动发生在细胞周期的晚 G2相（或称G2/M相）。由于外源信号能迅速导致卵母细 胞cAMP含量下降，推测在外源信号刺激之前，长足卵母 细胞被一种依赖cAMP的PKA磷酸化的蛋白质控制着，使 之停顿在第一次减数分裂的双线期。在该蛋白去磷酸化之 后，卵母细胞内蛋白质合成增加。
在翻译的蛋白质合成产物中，最引人注目的是 pp39mos 。在长足卵母细胞质中储存着母源性c-mos mRNA，经外源信号刺激，母源性c-mos mRNA加 poly A 尾，由此翻译出相对分子质量39*103的磷蛋白 pp39mos .该蛋白只在成熟过程中出现,受精后迅速降解。
3. 酪氨酸激酶：用磷酸化酪氨酸抗体发现小鼠精子中3种不同是 磷酸化蛋白：52kDa、75kDa和95kDa。后两种只在获能精子中 磷酸化，为获能专一的标记物.
二、源于雄性生殖道的受精促进肽
受精促进肽（fertilization promoting peptide, FPP）在精 子获能中起一定的作用。
位于顶体完整精子的头部，能与ZP3结合，可能结合ZP3上寡糖 的一种外源凝集素.它是一种睾丸独有的细胞膜蛋白. 3. P95
能与结合ZP3结合，其特点是它的酪氨酸被磷酸化。小鼠 p95 与 ZP3 结合将激活 p95 中酪氨酸激酶活性启动一连串信号，导致顶 体反应。
精子与透明带的相互作用，诱导顶体反应，释放顶体内的酶类和使 精子膜成分重新分配、暴露或被修饰。精卵不仅互相黏附，同时进行 膜融合，并引发卵内一系列反应,使卵被激活.
MPF是由调节亚基Cyclin B与催化亚基p34cdc2(细胞周期调控蛋白） 组成，其激活不依赖于卵母细胞转录水平的活动，却依赖于翻译水平的
活动。Cyclin B是一种周期性合成和降解的蛋白质，对p34cdc2的去
磷酸化和磷酸化具调节作用。在磷酸酯酶 ( cdc25基因产物）的作用
下MPF前体中p34cdc2的Thr-14和Tyr-15被去磷酸化Thr-161保
2.脂质调控
脂质在精子顶体反应调控机制中起重要作用，由它调控膜的流动性 和“钙泵”的活性。牛和豚鼠精子在获能后，顶体的外膜和精子的质 膜上的溶血卵磷脂含量下降，而卵磷脂含量升高。卵磷脂是由溶血卵 磷脂酸产生的，并依赖于Ca2＋和磷脂酶A2作用产生溶血化合物， 导致脂膜溶解，并发生胞吐作用。
3.磷酸肌醇调控
一、获能精子中蛋白激酶活性的改变影响获能
研究最透彻的激酶(获能因子)有依赖 cAMP 的 PKA，磷脂激活 的蛋白激酶（PKC）和酪氨酸激酶。
1. PKA: 在小鼠精子获能期间，腺苷酸环化酶活性和cAMP 合成 均增加，PKA的两种不同成分 PKI 和 PKA的调节亚单位可抑制获 能反应。
2. PKC：PKC参与精子运动和顶体反应，用phorbol ester (佛波酯)刺激PKC可加速精子获能。
2. Cyritestin
Cyritestin (ADAM3 , tMDCI）位于顶体反应或具穿透能力 的精子顶体内膜或具完整顶体的精子赤道段。Cyritestin具备 ADAM/MDC家族成员特征性结构域，但在它的金属蛋白酶区无活 性位点序列，表明该区已被酶解失活；同时Cyritestin在半胱氨酸 富集区无融合肽序列。Cyritestin的整联蛋白配体区参与精卵之间 的反应。
五、阻止多精人卵的机制
为确保胚胎正常发育，必须阻止多精受精。对于海胆阻止多精入 卵的机制研究得较清楚。在精卵接触早期，当精子与卵细胞膜结合 （或融合）的最初1-3s内，由于Na＋流入卵细胞膜，致使瞬时膜 电压升高。这是早期阻止多精入卵迅速发生的第一个屏障。但是由 于膜电压升高维持的时间非常短暂，完全阻止多精人卵还依赖于在 精卵融合的瞬间发生的皮质反应（cortical reaction)或皮质颗 粒反应（cortical granule reaction)。在卵子发生中由高尔基 体形成的皮层颗粒，以后迁移并分布于整个卵的皮层中。随着精子 与卵细胞膜的接触和在该处Ca2+释放，皮层颗粒发生胞吐蛋白酶 和透明素等物质，并且以辐射状向着卵的四周波及。其胞吐的蛋白 酶裂解卵细胞膜和卵黄膜之间的连接蛋白，同时其胞吐的黏多糖形 成一种渗透梯度。由于渗透压的作用，水进人细胞膜和卵黄膜之间， 透明带形成。而皮层颗粒胞吐释放的其他酶使新形成的受精膜变性， 出现迟缓但完全的阻止多精入卵的屏障。
两种不同受体分子的相互作用可以调节腺苷酸环化酶/CAMP的信 号传递途径。
体外实验已经发现若于具生物学活性的FPP连接肽，其中引人最感 兴趣的是Gln-FPP ( pGlu-Gln-ProNH2），存在于人类的输精管 液中，它能改变FPP和腺苷的生物学活性。Gln一FPP存在于前列腺 机能障碍的男人输精管内，在体内通常无明显的活性，但它能与FPP 发生竞争性抑制效应。
受精过程完成两种不同的活动： 1.性活动（源自双亲基因的组合） 2.复制活动（新生物个体的产生） 受精的两个功能： 第一个功能是将父母的基因传递给子代， 第二个功能是在卵细胞质中激发确保发育正常进行的一 系列反应。 受精过程：卵母细胞成熟、精子获能、精卵间的接触和 识别（包括化学趋势向性的距离效应）、精子入卵（配子 融合和遗传物质的融合）、卵的激活并开始发育。
顶体反应的重要作用在于释放顶体内的酶和使精子膜成 分重新分配、暴露或被修饰。精卵不仅互相粘附，同时进 行融合,并诱发卵中的一系列信号转导,导致生物学事件发 生.
一、 精子的向化性：许多动物卵母细胞在完成第二次减数 分裂后释放物种特异的向化因子。海胆卵胶膜中分离出含 14个氨基酸的精子激活肽resact，可吸引精子.
二. 具受体功能的精子表面蛋白：
已发现动物精子在与透明带糖蛋白结合中存在一些起受 体作用的精子表面蛋白。研究较多的有以下三种：
1. 半乳糖基转移酶(GalTase): 精子和体细胞均表达，是细胞表面的，末端具有N-乙酰葡萄糖胺
的寡糖苷配体的受体。活精子表面的Gal Tase能选择的与ZP3 (精 子结合蛋白)作用，将半乳糖特异的转移到ZP3。精子表面的 GalTase 与其配体结合,能激活精子的G蛋白并诱导顶体反应。 2. SP56（透明带附着分子，半乳糖结合蛋白）
第一节 卵母细胞成熟
绝大多数脊椎动物和文昌鱼等动物的受精发生在卵母细胞 第二次减数分裂中期。
长足的卵母细胞长期停顿于第一次减数分裂的双线期。 在适当的信号刺激下可以恢复减数分裂，直至第二次减数 分裂中期，成为等待受精的成熟卵母细胞。 卵母细胞成熟的标记是生发泡破裂、染色体聚集、纺锤体 形成和第一极体排出。 诱发卵母细胞恢复减数分裂的信号因动物而异：
3.卵子质膜上Fertilin的受体“Integrins”（整联素）
哺乳动物卵表面的整联蛋白的亚单位有：α-2、α-3、α-4,a -5、 α-6, α-m , α-v、β-1、β-2和β-3等之分。整联蛋白的抗体具阻断 小鼠精卵之间的相互作用， α-2、α-4,a -5抗体在人精子与仓鼠卵间 相互作用中具抑制作用。
(3)补体成分及它们的受体 精子入卵似乎涉及多种与巨噬细胞吞噬 作用有关的分子，如αmβ2/C3b/CD46系统。C3由雌性生殖 道分泌，被蛋白酶（如顶体素）酶解成为具活性的C3片段 “C3b”，能结合于精子顶体内膜上的MCP（membrane cofactor protein,亦称CD46 )；又CR3（αmβ2）能识别 Cab的RGD序列区，由此推测二聚体C3b可能作为一种“桥梁” 通过精子的MCP和卵的。mP2使精子与卵结合在一起。
第七章 受精的机制
排卵(ovulation): 在体内外诸因素(环境, 神经, 激素, 酶等)作用下卵子
由卵巢排出。卵子的成熟和排放是互不依 靠的两个过程， 只有适当成熟的卵子才能受精.
受精的概念及功能
受精（fertilization）是两性细胞（生殖细胞）融合 并创造出具备源自双亲遗传潜能的新个体的过程。
持原有被磷酸化的状态，成为具激酶活性的MPF。活化的M PF具自我 扩增（autoamplification）作用，通过（间接）激活Cdc25进一步 使更多的MPF前体活化。在一定量的MPF作用下，细胞即可跨入M相 （图8. 12）。
随着受精，受精卵内游离Ca2+增加，钙调蛋白激活，并进一步使依
赖钙调蛋白的酪蛋白激酶II （CK II）活化。随着CK II的活化c-
mos基因产物pp39mos降解，Cdc2激酶失活，从而导致CSF解体， 受CSF保护的Cyclin B降解，细胞周期就由M相跨入G1相。
Cdk2:人细胞周期蛋白依赖性激酶2; CSF:细胞静止因子; Cyclin B :细胞周期蛋白 B.
第二节 精子获能
哺乳动物新射出的精子不能受精卵子，必须经过获能 （capacitation）。精子获能是指精子在若干生殖道获 能因子作用下发生一系列变化获得受精能力的过程。
四、顶体反应的调控机制
1．离子调控
在离子调控中Ca2+起主导地位。在大多数哺乳动物的精子中， Ca2+主要分布于顶体区、顶体后区的顶体外膜的外表面，以及精子质 膜的内表面； Ca2+的储存区是顶体反应的激烈区。现已知膜上有Ca 2+泵、Na + /Ca 2+交换器和钙离子通道3个Ca 2+转移系统均参与 调控细胞内的Ca2+浓度。Ca 2十内流是早期顶体反应的关键，这在小 鼠、猪、牛、豹中已获证实。Ca2+内流可导致H+外流，使精子内 部pH升高，诱发顶体反应。
海星 1-甲基腺嘌呤; 鱼类 17α,20β-二轻-4-孕烯-3-酮（简写17α,20β- DHP) 两栖类 孕酮; 哺乳类 4,4-二甲基-5α-胆甾基-8,14,24-三烯-3β-酚(简称FFMAS)。
在分子水平变化为:
细胞内cAMP浓度下降, Ca2+浓度上升,蛋白质合成增 加 (磷蛋白pp39mos, 促成熟因子MPF)
三、参与配子质膜间相互作用的一些具黏附作用的分子
1. 精子膜蛋白受精素Fertilin Fertilin原称PH -30，为可能参与精卵膜间相互作用
最有特征性的候选分子。
Fertilin为整联蛋白样蛋白，从属于ADAM‘S (a disintegrin and metalloprotease）或者MDC’s ( metalloprotease/disintegrin/cysteine-rich ) 分子家族。
FPP是一种由前列腺分泌到精液中的三肽( pGlu-Glu-ProNH2 )。 将FPP加人到未获能的小鼠或人精子悬液中，可以实现获能反应和提 高受精／穿透能力。FPP尚可抑制精子顶体的丢失，使精子维持比较 高的受精能力。
腺苷（adenosine）能调节腺苷酸环化酶的活性，对获能和未获 能的两种精子产生的作用与FPP的作用相似。
Fertilin是通过筛选豚鼠精子表面单抗而首次分离得到 的。现已发现有几种这类抗精子表面抗体可结合在参与精 卵融合的精子头后部，其中一个抗体针对PH-30，具抑 制精子与无ZP的豚鼠卵融合，因此PH-30被命名为 Fertilin。Fertilin是一种异源二聚体蛋白，并可形成高 度有序的寡聚体。