哺乳动物受精作用的研究进展

哺乳动物受精作用的研究进展

摘要：哺乳动物的受精作用是一个复杂的过程，包括一系列特异性的生理生化反应机制，也是人们长期以来研究的热点问题。本文从受精过程中精子的获能、顶体反应、皮层反应、原核形成和融合、精卵识别等方面简单阐述近些年来哺乳动物受精作用的研究结果。

关键词：哺乳动物；受精作用；进展

哺乳动物的受精是指精子和卵子相互结合而形成新的合子的过程。它即是胚胎发育的开始，也是一个新生命的起点。精子继承了父本的遗传物质，卵母细胞继承了母本的遗传物质，通过相互融合和进一步发育形成具有父母双亲遗传性状的子代个体。受精这一雌雄配子间一系列复杂、有序、协调的相互作用过程，不仅涉及到诸多的理论问题，而且与当今人类的节育和不育以及提高动物繁殖力密切相关。因而它历来就是生物学领域中极为活跃的课题之一。受精过程主要包括精子的获能、顶体反应、皮层反应、原核形成和融合、精卵识别等内容。

1 精子获能

精子获能是在50年代就被发现的，指哺乳动物刚射出的精子尽管运动活跃但不能使卵子受精只有在雌性生殖道中停留一段时间后才能获得受精能力。获能是一个十分复杂的生命现象，它是顶体反应的前奏，而后者又是受精的必要条件。哺乳动物（包括人类）的体外受精在受精前精子必须先获能，然后引起顶体反应，精卵才能结合从而实现受精精子。在雌性生殖道中获能的开始和完成的部位，各种动物是不同的。精液直接射到子宫的（如许多啮齿类、狗和猪），获能开始于子宫，主要部位在输卵管；精液射在阴道内（兔和人），获能始自阴道，最有效部位是在子宫和输卵。由于精子质膜上附着的，物质是复杂的，因此这些物质的去除或改变也不是一次就能完成的。关于获能的时间，各种动物不相同。地鼠精子体外获能需2一3小时、小鼠1小时、大鼠6 小时，人7小时；绵羊1.5小时，兔5小时[12]；牛20小时，猪3-6小时【13】。

但对其本质的揭示则是最近研究的结果，研究表明获能过程中，精子的质膜发生许多生化变化，包括周糖蛋白的移去或改变、内部糖蛋白的重排、膜内胆固醇的外流、膜内某些磷脂的分布变化等。获能和超激活都需要外源Ca2+的内流，细胞内Ca2+ 升高，精子膜上有控制Ca2+内流的Ca2+--ATP酶和Na+/Ca2+交换装置等。该过程中获能因子从精子表面移去，从而使精子内部Ca2+浓度升高。Ca2+的增加激活腺昔酸环化酶，灭活磷酸二脂酶，使细胞内AM P浓度增加。【2】精子获能后在结构和功能上都发生一系列特异性变化，主要有以下三方面：①精子超活化，在获能最后阶段精子运动方式明显不同于附睾成熟精子，表现一

种强有力的、尾部呈鞭打样的不对称运动。②精子的代谢发生变化，以葡萄糖为能源，具有有氧氧化和无氧酵解两种功能形式，能量代谢明显增强。③精子膜的变化，精子膜结构进行重组，包括膜蛋白、糖基和膜脂成分的改变、膜流动性变化等。

2 顶体反应

顶体反应是指精子头部的顶体外膜和精子细胞膜发生多处融合并破裂而释放或暴露出顶体酶类的过程。顶体是夜盖精子头前部分，由膜包绕的帽样结构顶体。分为前段，,即顶体帽，和后段，即顶体赤道部。最近经生物化学研究证明顶体类似于细胞内的洛酶体和胰腺细胞的酶原颖粒【3、4】。精子的顶体内包含多种水解酶，如透明质酸酶、蛋白酶、酯酶、神经氨酸苷酶、酸性磷酸酶、磷脂酶、芳香基硫酸脂酶、胶原酶和胰酶样的蛋白水解酶、顶体素等[8]。

哺乳动物的获能精子接触卵周的卵膜或透明带时，特异地与卵膜上的某种糖蛋白结合，激发精子产生顶体反应：顶体外围的部分质膜消失，顶体外膜内陷、囊泡化，顶体内含物包括一些水解酶外逸。顶体反应有助于精子进一步穿越卵膜。在海胆卵上，激起精子顶体反应的是卵周胶膜中的某种多糖物质。绝大部分卵的外周都有卵膜，各种卵膜厚度不一，主要组分是粘蛋白或粘多糖；只有少数是裸卵，如腔肠动物的卵。

精子穿越卵膜时，出现先粘着后结合的过程。前者为疏松附着，不受外界温度干扰，无种的专一性，粘着期间，顶体内膜上的原顶体蛋白转化为顶体蛋白，顶体蛋白有加速精子穿越卵膜的作用；后者是牢固的结合，能被低温干扰，具有种的专一性。在海胆精子质膜上已分离到一种能与卵膜糖蛋白专一结合的蛋白质，称作结合蛋白，分子量约30000。

具有完整顶体的获能精子能穿过卵丘，但不能穿过透明带。顶体反应是精子穿过透明带的前提，小鼠精子与ZP3结合后，即发生顶体反应。暴露或释放蛋白酶与ZP2结合。已证实发生了顶体反应的精子顶体内膜上有顶体素存在，它能与透明带结合并溶解糖蛋白。

在顶体反应过程中或顶体反应后，具有受精能力的精子将脱离透明带，它将穿透

一个较厚的区带,切开一条与精子头部等宽的通道。在这一过程中,精子的活力、蛋白酶[6]以及糖基化酶很重要。蛋白酶包括精子表面蛋白、膜锚定蛋白酶和顶体内容物中可溶蛋白酶[7]。

顶体反应的重要性现在普遍认为至少有两个方面：一方面为释放顶体酶使精子通过卵外的各种膜；另一方面为诱发赤道段或和顶体后区的质膜发生生理变化以便随后与卵质膜发生融合【5】。

3 皮层反应

精卵融合后，皮质颗粒内容物胞吐，进入卵周隙，即发生皮层反应。至于精子与卵子作用，激活卵子的机理目前有两种假说，一个假说认为，精子表面的配位体与卵子膜上的受体作用介导这一过程。人们已从豚鼠精子膜上分离出一种与精卵融合有关的蛋白质即PH一匀蛋白它是由口两个亚单位组成的异二聚体其中的口亚单位参与精子与卵子质膜的结合及融合。

4原核形成和融合

精子进入卵后核膜崩解，染色质去致密，同时卵母细胞减数分裂恢复，释放第二极体。去致密的精子染色质和卵子染色质周围重新形成核膜、雄原核和雌原核。原核刚形成时较小，随之体积增大。在受精过程中，随着精核去致密，鱼精蛋白逐渐被组蛋白替代，其机理仍没搞清。在大鼠卵母细胞中的蛋白分解酶能在体外降解鱼精蛋白，但在体内细胞质中是否发生这一步骤仍不清楚。有一假说认为，鱼精蛋白磷酸化后，电荷发生变化而离去，但迄今为止仍没有受精过程中鱼精蛋白磷酸化的证据。大多数研究表明，原核形成以后DNA才开始复制。一般来讲，雌原核和雄原核形成的速度无差异或差异不大。雌雄原核的靠近即配子配合是由微丝作用而实现的。

研究表明，动物两性原核的融合过程可分为海胆型和马蛔虫型两种类型，哺乳动物属于蛔虫型。受精卵中雌雄原核并列存在于卵子中央时，可以看到两种类型的核仁，其一呈颗粒状（雄），其二是细而盘曲成块状（雌）。当雌雄原核相互靠近之前，雄原核首先要在卵质中旋转180o以便使精子的中心粒面对卵的雌原核，从雄原核的中心粒发出微管，将雌雄原核相连，并促使两个原核相互接近，此时原核核膜高度卷曲，核膜彼此靠拢。在所有相互接触的核膜表面形成水泡状突起，并呈不规则扩展，接着核物质通过网状嵌合而融合在一起，但核膜彼此间