第二章、受精的机制

第二章受精的机制
●受精的概念：
两性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，包括性活动(源自双亲基因的组合)和复制活动(新生物体的产生)。

●受精的功能：
①将父母的基因传递给子代；
②在卵细胞质中激发一些确保发育正常进展的系列反应。

●受精的过程：
①卵母细胞成熟；
②精子获能；
③精卵间的接触和识别（包括向化性的距离效应）；
④精子入卵（配子融合和遗传物质的融合）；
⑤卵的激活并开始发育。

全部过程均在激素调控下的级联反应。

第一节卵母细胞成熟
一、刺激卵母细胞恢复减数分裂的固有信号：
海星卵：1－甲基腺嘌呤；
两栖类：孕酮；
鱼类：17α，20β－二羟－4－孕烯－3－酮；
哺乳动物：4，4－二甲基－5α－胆甾基－8，14，24－三烯－3β－酚
二、卵母细胞成熟的形态学标志
核膜破裂，染色体凝聚，纺锤体形成和第一极体排出；
卵母细胞内cAMP浓度下降，Ca 2+浓度上升；
蛋白质合成迅速增加，蛋白质去磷酸化或磷酸化，促成熟因子的生物活性物质出现；
卵内PP 39mos 蛋白质含量增加。

与cdk2激酶共同作用，可恢复卵母细胞减数分裂。

促成熟因子(maturation promoting factor ）
调节亚基cyclin B ＋催化亚基P 34cdc2
图2.2 MPF 结构
第二节精子获能
精子获能：射出的精子在若干生殖道获能因子作用下，精子膜发生一系列变化(如吸附于精子膜表面精液蛋白的去除，膜表面蛋白的重组等)，进而产生生化和运动方式的改变。

获能后精子穿越卵母细胞周围的滤泡细胞和透明带的能力提高，是精子发生顶体反应的前提。

一、获能精子蛋白磷酸化和蛋白激酶活性的改变
1. PKA
小鼠精子获能期间，腺苷酸环化酶活性和cAMP合成均增加(依赖细胞外基质中Ca 2＋及HCO3－) 。

PKA的抑制物－PKI或PKA的调节亚单位可抑制获能反应。

2. PKC
在哺乳动物精子中，参与精子运动和顶体反应的调控。

3. 酪氨酸激酶（小鼠精子）
磷酸化蛋白：52kDa -75kDa(Tyr残基在获能精子中被磷酸化，获能专一标记分子）95kDa蛋白(Tyr残基总被磷酸化)，无特异性
获能精子酪氨酸的磷酸化(免疫荧光标记法)：
①获能精子酪氨酸的磷酸化程度增加，尤其是头部顶体区发生磷酸化的精子数量增
多。

②精子膜上，仅少数蛋白的Tyr残基磷酸化，相对分子质量为9.5×l04～9.7×l04的
蛋白的酪氨酸被高度磷酸化。

Tα1和Tβ4（人精液、卵泡液－胸腺素肽）
①Tα1 ：提高未获能精子蛋白的Tyr磷酸化水平，增强精子穿透卵的能力；
②Tβ4：在无生育能力的人精液中浓度很高。

二、精子获能的位置（哺乳动物）：
●精液储存于子宫中的物种(啮齿类、猪和狗等)，获能发生在输卵管；
●精液储存在阴道中的物种(如人和兔)，其获能从阴道开始，直到更高的区域。

三、精子获能期间一些离子的浓度变化：
① Zn＋流失现象：人类精子细胞核Zn＋浓度的持续降低；
②黏多糖引起猪精子顶体蛋白前体向精子顶体蛋白转化；
③Ca 2＋的作用：
▪副睾内精子能收集外部的Ca 2＋；
▪Ca 2＋—ATP酶的激活与精子的细胞膜和精子收集Ca 2＋而形成的膜泡有关；
▪Ca 2＋与腺苷酸环化酶的激活有关，可使精子获能；
▪哺乳动物精子发生顶体反应需要Ca 2＋的运输及依赖于Ca 2＋的腺苷酸环化酶增加。

四、获能期间精子表面发生的变化：
精子获能后，精子表面发生物质的修改及移除，即顶体上凝集素结合区域发生改变，不能特异识别来自未获能精子表面抗原的抗体，这种抗体和结合位点的改变可能与表面组分的修饰或剔除有关。

精子获能是在精子表面进行的。

五、源于雄性生殖道的受精促进肽（FPP）
1、性质与功能：
前列腺分泌到精液中的三肽（pGlu-glu-Pro NH2）
功能：
①将FPP加入到未获能的小鼠或人的精子悬液中，可以实现精子获能反应和提高精
子受精／穿透能力；
②抑制精子顶体的丢失，维持精子高的受精能力；
③诱发与精子相关的生物学反应；
④刺激精子获能，减少由于受精延缓而导致胚胎发育和着床过程的异常。

2、TCP－11（protein）：由t－complex基因编码
①是FPP的受体；
②刺激精子获能；抑制精子顶体丢失；使获能精子数量达到最大；保证更多的顶体
完整的精子经雌性生殖道到达受精位点；
③FPP和／或TCP－11的丢失或结构的改变、浓度下降，可导致人的生育力降低。

第三节精卵识别的分子基础
精卵识别的种属特异性；
雌、雄配子表面具有某些结构互补的特异分子；
距离识别：体外受精的水生生物，具向化性；
接触识别：滤泡细胞
精子透明带(ZP)：诱导顶体反应
卵质膜
发生顶体反应：释放顶体内酶类、使精子膜成分重新分配、暴露或被修饰。

精卵互相粘附、膜融合，诱发卵中的一系列信号转导，导致卵的激活和随后的发育。

一、精子的向化性
1、水生生物的精卵识别机制：
卵母细胞在完成第2次减数分裂后，分泌具特异性的向化因子，构成卵周特有的微环境，这种微环境可控制精子类型，使其适时完成受精。

向化因子：精子激活肽(resact)：(美国海胆卵胶分离，14个aa）
resact＋受体的胞外部分，胞质内鸟苷酸环化酶活化，cGMP浓度上升，动力蛋白ATPase活化，刺激精子尾部摆动，使精子向卵母细胞移动，与卵细胞受精。

2、精子的趋化性：
含义：根据化学浓度梯度，精子向卵子运动的现象。

通过射精，在精液＋卵子发出的化学信号刺激下，精子开始呼吸及游动；
精子围绕卵子游动，其移动力的增加提高了精子与卵子相互作用而接近的几率。

二、具受体功能的精子表面蛋白
获能精子在穿透ZP之前，必须先附着在ZP 上。

第二信使second messenger
主要有4种：
cAMP （环腺苷酸）
cGMP （环鸟苷酸）
IP3 （三磷酸肌醇）
DG （二酰基甘油）
G蛋白G-protein：
三聚体GTP结合调节蛋白的简称，位于精子质膜内胞浆的一侧，由α、β、γ三个亚基组成，βγ二聚体通过共价结合锚于膜上起稳定α亚基的作用，而α亚基本身具有GTP酶的活性。

G蛋白在信号转导过程中起分子开关的作用，当G蛋白α亚基与GDP结合，处于关闭态；当G蛋白α亚基与GTP结合，处于开启态，从而传递信号。

1. 半乳糖基转移酶(GalTase)
细胞表面酶，为一些细胞外的、终末端具N－乙酰葡糖胺的寡糖苷配体的受体；
◆GalTase活性的增加可提高动物生育能力；
◆GalTase能有选择地与ZP3作用，将半乳糖专一地转移到ZP3；
◆精子表面GalTase与其配体结合，能使精子G蛋白激活并诱导顶体反应；
◆卵激活时皮质颗粒释放出来的N－乙酰基糖酶能对ZP3上的GalTase结合位点进
行修饰，可阻断透明带外围的精子与受精卵。

2. SP56(透明带附着分子，半乳糖结合蛋白)
是一种睾丸独有的细胞膜蛋白，其mRNA仅能在精子细胞和精子中检测到；由60个aa组成的重复序列，属于蛋白－蛋白相互作用的多种蛋白的超家族成员；
位于顶体完整的精子头部，能与ZP3、ZP3寡聚糖紧密结合；
可能是结合在ZP3上寡糖的一种外源凝集素。

3. p95（小鼠p95）
●能附着在ZP3；
●小鼠p95和ZP3的结合将能激活小鼠p95的酪氨酸激酶活性，启动一连串信号，能
参与附着／发放信号，从而导致顶体反应。

第四节顶体反应
顶体：是一个位于精子头顶部的大型分泌囊泡，靠近精膜的顶体膜称为外膜，与精核相邻的称为内膜。

顶体反应：在具有顶体结构的动物中，在受精前当精子与卵子接触时，精子顶体发生的一系列变化，只有发生顶体反应的精子才能进入卵子并与卵子融合。

一、哺乳动物的顶体反应
顶体反应时，顶体帽部分的质膜与顶体外膜在多处发生融合，使顶体内的物质从融合处释放出来；
精子赤道段和顶体后区的质膜发生生理变化，以便随后与卵子质膜发生融合。

其过程见下图：
二、精子顶体酶及其穿透作用
精子要到达卵子表面，必须：穿过辐射冠、卵黄层(透明带)；突破自身细胞膜。

精子顶体酶：在卵子外围打一个洞，使精子穿过；
溶解卵子外层：酶作用方式和非酶作用方式：
Vacquier和Lee(1993)：鲍鱼精子中存在一种蛋白质，可使卵子卵黄层中相互紧密缠绕的细丝松散，产生了一个直径3µm的小孔，精子可以经它入卵。

●许多软体动物精子顶体酶是以非酶方式发生作用的。

三、顶体反应的调控机制
1、离子调控：Ca2+波动
2、脂质调控
精子获能后，顶体的外膜和精子质膜的溶血卵磷脂含量下降，而卵磷脂含量升
作用产生溶血化合物，高。

卵磷脂由溶血卵磷脂酸产生，并依赖于钙离子和磷脂酶A
2
导致脂膜溶解，并发生胞吐作用。

3、磷酸肌醇调控
四、卵子的反应
1、阻止多精受精
（1）快速阻止多精受精
卵子质膜的电位变化，-70mv升高到10mv
非常短暂。

（2）慢速阻止多精受精
皮层反应
2、受精膜的形成
卵黄膜变为受精膜
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