卵子皮层在受精中的作用

卵子皮层在受精中的作用

关于卵子皮层的概念，人们有两种不同的意见：一种意见指卵子质膜下的一簿层细胞质，厚度不到6μm，主要成分为皮层颗粒、色素颗粒以及肌动蛋白等，它在结构和功能上与其下的细胞质不同；另一种意见认为还应将质膜──细胞外被复合体包括在内。本文采纳后一种意见。

(一)皮层在受精时的动态变化

向海胆卵细胞质中注入一个微小的铁粒，并在已知强度的磁场内停留一定的时间，通过测铁粒子的移动速率可以测出皮层硬度。实验结果表明，铁粒子在细胞质中央区域比在皮层中运动快，说明皮层处在一种凝胶状态，皮层的这种坚固性维持了卵的形状。此外用干涉显微镜测定海胆卵不同区域的折射率，发现受精卵和未受精卵的皮层折射率都比皮层下细胞质要高。受精前皮层硬度较小，受精后迅速上升，达最大值后开始下降，直至恢复到受精前的水平。研究表明，这种现象与受精后皮层内细胞骨架的生长变化有关，构成细胞骨架的肌动蛋白、原肌球蛋白和辅肌动蛋白等参与了皮层的动态变化。

(二)皮层在受精时的形态变化

未受精的海胆卵表面分布有排列规则的微绒毛，它的数量、形状、分布方式和大小有种的特异性。当海胆精子通过卵黄膜后，其顶体突起与卵质膜微绒毛接触，接触点附近约有15个微绒毛围绕精子以每分钟2.6μm的速度伸长，将精子头部包围，形成高6.7μm，宽2μm的受精锥。受精锥逐渐吞并精子的头部、中段和尾部，并于受精后10min左右消失。受精卵微绒毛的伸长和受精锥的形成与卵子皮层中肌动蛋白形成成束的微丝密切相关。受精锥是卵表面暂时的突起物，几乎全部由肌动蛋白丝组成，肌动蛋白丝的分布方向与受精锥长轴平行，也就是与微绒毛长轴平行。卵子通过皮层肌动蛋白的收缩将精子头部拖入卵内进而完成受精。如果用细胞松弛素B(一种微丝解聚剂)处理卵子，则可以阻止微绒毛的伸长，从而抑制受精锥的形成。如在受精后1min加入细胞松弛素B，则精子就停留在皮层中，不能做180°转动，致使雌雄原核不能融合。这表明卵子皮层中微丝结构的完整性对于受精锥的形成和精子进入卵内是必需的。

许多动物的卵皮层中有很多小而圆的由膜围成的细胞器，称为皮层颗粒，这是在卵子发生过程中由高尔基体形成的，在卵子成熟过程中，它们迁移到卵的质膜下面。不同动物卵子皮层颗粒的层数、大小和内部结构不尽相同，如紫球海胆皮层颗粒只有一层，而同属棘皮动物的海蛇尾则多达5～6层。受精或者人工激动可以使皮层颗粒膜与质膜发生融合，导致胞吐作用发生，这种现象称为皮层反应。紫球海胆的皮层反应开始于受精后20～25s，从精子与卵子质膜的接触点开始向四周扩散直至波及整个卵，持续时间约为20～25s。实验证明，皮层反应必须有Ca2+的参与，Ca2+的作用也可被Sr2+和Ba2+代替，但Mg2+无效，这一点可以在分离的皮层颗粒中加入不同的二价阳离子视其是否迅即发生胞吐作用来证实。此外，用发光蛋白可检测到在皮层颗粒发生胞吐作用时Ca2+明显增多。离子载体A23187可使无Ca2+海水中的卵子发生皮层反应，如用螯合剂EDTA则可以阻止皮层反应的发生。Ca2+在卵内的储存部位现已得到证实，它存在于质膜和内质网、皮层颗粒等细胞器的膜上。目前已证实至少有下列几种酶存在于皮层颗粒：一是精子受体水解酶，它破坏卵黄膜上的精子受体，使精子无法识别，以阻止多余精子进入卵内；二是卵黄膜分层酶，它的作用是水解卵黄膜和质膜之间的键，使两者分离、卵黄膜举起从而形成受精膜。当然，卵黄膜的举起也与皮层颗粒释放到卵周隙中的硫酸粘多糖有关，由于粘多糖的水合作用，促使了卵黄膜举起，以达到阻止多精受精的

目的。三是过氧化物酶，受精膜举起后由“软”变“硬”是与这种酶有关。最近还证明皮层颗粒中有一种葡聚糖酶，它对相邻的皮层颗粒膜的融合、皮层颗粒膜与质膜的融合以及皮层颗粒膜的溶解均起一定作用，而Ca2+对此酶的激活起作用。人们还发现，磷酯酶A2对皮层反应过程起调节作用，如果用它的抑制剂处理则可抑制皮层反应。另外，还在皮层颗粒内发现有胰酶样酶、卵过氧化物酶结合蛋白、类结晶蛋白质等。此外，皮层颗粒还向质膜外面释放透明素，形成一透明层，以使卵裂后的细胞能保持在一起；而透明层的形成和结构的完整性取决于Ca2+的存在。

据观察，皮层颗粒膜和卵的质膜融合后，受精卵的直径并没有增加。增加的表面膜过去通常认为是通过微绒毛的伸长来调节的，但据对紫球海胆卵子受精前后表面积的测算，受精前为41000(μm)2，受精后16min为45000(μm)2，受精前微绒毛长0.35μm，受精后伸长到1.4μm，以后逐渐缩短到0.5μm；而皮层颗粒的胞吐作用可提供57000(μm)2的膜面积，只通过微绒毛的伸长是不能调整增加的膜面积的。受精卵的质膜是一种嵌合膜，由原来的质膜、皮层颗粒膜和精子的顶体膜及质膜组成，现已证明，皮层反应后膜的成分发生明显减少。发生在受精后2～5min，在这期间，受精卵的表面先形成许多膜小凹或膜小囊，然后通过内吞作用将它们吸收。这样，3～5min以后，所有皮层颗粒膜在受精卵质膜上形成的“补丁”都逐渐被吸收消失。受精卵可能就是通过这种内吞作用有选择地去掉一些膜成分来调节表面膜的。

(三)皮层收缩运动

两栖类动物的卵子在精于入卵或人工激动后，在动物半球迅速收缩，人们称之为激动波。这种激动波从精子入卵处开始并以每秒5.9μm的速度向四周扩散，细胞松弛素B可阻止这种收缩的产生，但不能阻止皮层颗粒的胞吐作用。许多动物卵细胞的皮层和细胞质中含有色素颗粒，受精后这些色素颗粒都转移到皮层中。卵皮层产生收缩的能力来自肌动蛋白丝的活性，实验证明，Ca2+浓度是关系皮层肌动蛋白活性的一个重要因素，如将Ca2+注射到两栖动物的卵皮层，可使皮层发生强烈收缩。另外，皮层收缩还与卵的pH有关。肌动蛋白被证明是海胆受精卵皮层的主要组成部分，如将皮层分离出来，它可发生自动收缩，加入细胞松弛素B则可抑制这种收缩。在没有受精的情况下，大多数肌动蛋白以球状肌动蛋白的储存形式存在，所以不发生收缩；只有在受精或人工激动时，球状肌动蛋白聚合成纤丝状肌动蛋白才发生这种收缩动作。

(四)受精时质膜电位的变化

经测定，未受精的紫球海胆卵子的膜静电位为-60mV至-80mV，加入精子后3s内卵质膜迅速去极化，膜电位升到-10mV至+10mV。

迅速去极化的卵不能接受第二个精子，如去极化缓慢，仍可发生多精受精。实验证明，如卵的膜电位维持在-10mV，则可与第二个精子发生融合，膜电位在0mV以上，精子可附着，但不发生融合；+10mV以上的膜电位可完全阻止精于附着，因此认为，受精卵能够阻止多精受精与它膜电位的变化有关。受精后，随着受精膜的形成，受精卵就建立起一个完善的多精受精阻遏机制。

用凝集素证明受精时卵子质膜的动态变化

哺乳动物：

用荧光伴刀豆球蛋白A来标记小鼠的卵母细胞，结果发现细胞表面有1／5的面积极少结合伴刀豆球蛋白A，因而不显荧光。用扫描电镜进一步观察发现，那1／5没有荧光的部