▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊編輯 

今日，在頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表的一篇論文中，復(fù)旦大學(xué)王磊、桑慶、孫曉溪領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊在人類卵母細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)了前所未知且與眾不同的微管組織中心，由此揭開了人類卵母細(xì)胞的紡錘體組裝之謎。這一發(fā)現(xiàn)也為導(dǎo)致女性不孕的卵母細(xì)胞成熟障礙提供了一種新的認(rèn)識。

卵子是個體生命的起點之一，它的產(chǎn)生源于卵母細(xì)胞的發(fā)育與成熟。在哺乳動物的細(xì)胞分裂過程中，紡錘體精確組裝才能保證染色體正確分離，以及后續(xù)細(xì)胞和胚胎的正常分裂及發(fā)育。普通的體細(xì)胞由中心體（centrosome）介導(dǎo)紡錘體組裝，然而卵母細(xì)胞很特別，人和小鼠的卵母細(xì)胞中并不存在中心體。

對小鼠的研究顯示，小鼠卵母細(xì)胞的紡錘體由無中心粒的微觀組織中心（簡稱aMTOCs）介導(dǎo)形成，但人卵母細(xì)胞中一直未觀察到MTOC的存在。學(xué)術(shù)界長期以來的觀點均認(rèn)為人卵中不存在MTOC。人類卵母細(xì)胞紡錘體究竟是如何形成的？這一科學(xué)問題的答案一直未知。

科學(xué)家們在此次新研究中發(fā)現(xiàn)的人卵母細(xì)胞微管組織中心huoMTOC（Human Oocyte Microtubule Organizing Center），不僅為這個問題提供了答案，也打破了長期以來的傳統(tǒng)認(rèn)知。

▲在人類卵母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的微管組織中心huoMTOC（圖片來源：參考資料[1]）

為鑒定出人類卵母細(xì)胞中啟動紡錘體微管組裝的潛在蛋白，研究人員對人類卵母細(xì)胞進(jìn)行了觀察，首先利用免疫熒光和三維高分辨率活細(xì)胞成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，形成的紡錘體微管聚集在染色體的動粒（kinetochore）位置，進(jìn)而通過活細(xì)胞實時三維成像技術(shù)（3D time-lapse imaging）詳細(xì)記錄了動粒起始微管組裝的動態(tài)過程。由此推測，人卵母細(xì)胞的動粒可能存在特殊的微管組織中心啟動紡錘體微管聚合。

在處于第一次減數(shù)分裂中期的人類卵母細(xì)胞中，研究人員系統(tǒng)分析了86個主要的人類中心體或微管相關(guān)蛋白的定位，最終確定43個蛋白定位于減數(shù)分裂的紡錘體內(nèi)。其中4個蛋白——CCP110，CKAP5，DISC1 和 TACC3——“脫穎而出”，它們同時定位于動粒和紡錘體微管，這與它們在有絲分裂過程中的定位截然不同。

研究人員接著在處于生殖泡（Geminal vesical）期的人類卵母細(xì)胞中對這四個蛋白進(jìn)行了定位觀察。出乎意料的是，在GV期核膜附近，這四個蛋白組成了一種特殊結(jié)構(gòu)，新生微管就聚集在該結(jié)構(gòu)周圍。這一特殊結(jié)構(gòu)此前從未被發(fā)現(xiàn)過，在其他哺乳動物（例如鼠、豬等）的卵母細(xì)胞中沒有檢測到。鑒于該結(jié)構(gòu)在人卵母細(xì)胞中負(fù)責(zé)聚合微管，研究團(tuán)隊將其命名為人卵母細(xì)胞微管組織中心。

▲人類卵母細(xì)胞處于減數(shù)分裂中期時的紡錘體示意圖，以及免疫熒光圖像中的蛋白定位（圖片來源：參考資料[1]）

活細(xì)胞追蹤成像表明，huoMTOC在人卵母細(xì)胞紡錘體組裝過程中發(fā)揮了重要作用。具體來看，huoMTOC形成于卵母細(xì)胞皮質(zhì)區(qū)（cortex），并于核膜破裂（NEBD）之前遷移到核膜附近。隨著NEBD的發(fā)生，huoMTOC開始解體并逐漸定位于動粒，同時在動粒附近啟動紡錘體微管的聚集和生長。當(dāng)huoMTOC結(jié)構(gòu)遭到破壞時（通過激光燒蝕或下調(diào)主要成員蛋白水平），人卵母細(xì)胞中的紡錘體微管則會聚合受阻，最終導(dǎo)致無法形成紡錘體。

“與小鼠卵母細(xì)胞中的aMTOCs相比，huoMTOC在數(shù)量、定位和組成方面顯示出截然不同的特征?！毖芯咳藛T在論文中強(qiáng)調(diào)，“這些發(fā)現(xiàn)表明，在人類卵母細(xì)胞中，微管成核和紡錘體組裝的啟動機(jī)制不同。人類卵母細(xì)胞中已經(jīng)演化出一種獨(dú)特的微管核和紡錘體組裝機(jī)制。”

▲這項研究提出了人類卵母細(xì)胞中huoMTOC的動態(tài)遷移和微管成核的新模型（圖片來源：參考資料[1]）

值得一提的是，這項研究還進(jìn)一步確定了huoMTOC具有的臨床意義。研究人員在1400余名卵母細(xì)胞成熟障礙患者的全外顯子測序數(shù)據(jù)中進(jìn)行突變篩查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩名患者攜帶TACC3的復(fù)雜合致病突變。免疫熒光檢測發(fā)現(xiàn)，兩名患者GV期卵母細(xì)胞的huoMTOC結(jié)構(gòu)均被完全破壞，導(dǎo)致卵母細(xì)胞中紡錘體組裝失敗。由此證實，huoMTOC異常將會直接導(dǎo)致女性卵母細(xì)胞成熟障礙。

“這表明huoMTOC可能是評估人類卵母細(xì)胞質(zhì)量的一個重要生物標(biāo)志物?！毖芯咳藛T總結(jié)說。

綜上所述，此次研究首次發(fā)現(xiàn)了人卵母細(xì)胞中組裝紡錘體微管的全新亞顯微結(jié)構(gòu)huoMTOC，明確了相關(guān)分子組成，并闡明了huoMTOC調(diào)控人類卵母細(xì)胞紡錘體組裝的獨(dú)特生理機(jī)制，同時揭示了huoMTOC異常導(dǎo)致患者卵母細(xì)胞成熟障礙，為該疾病的病理機(jī)制貢獻(xiàn)了新認(rèn)識。

復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院王磊、桑慶及復(fù)旦大學(xué)附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院集愛遺傳與不育診療中心孫曉溪為通訊作者。復(fù)旦大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究院武田宇、博士生董潔（已畢業(yè)）、上海集愛遺傳與不育診療中心伏靜、上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院生殖中心匡延平為本文共同第一作者；此外，上海交通大學(xué)附屬國際和平婦幼保健院李文、章美玲和復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院董曦也參與了該項研究。