【论文故事】精子遇到卵子的那一刻，发生了什么？

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生命的传承，是一个永恒的话题。正所谓金风玉露一相逢，便胜却人间无数，精子和卵子在恰当的时间恰当的地点相遇，便点燃了生命的火种，把整个种群的接力棒延续下来。那么，精子和卵子又缘起何处？它们是怎样互相识别，共同构筑新生命的呢？

在2005年，日本的井上及其团队发现了一个在哺乳动物受精作用中起决定性作用的必需蛋白质，它贯穿于精子细胞膜表面，井上等把这个蛋白命名为Izumo1（日语izumo意为“出云”，此蛋白得名于日本著名婚姻神殿出云大社）。但是在近十年间，在卵子中与Izumo1互相作用的蛋白质一直都没有被发现。

直到最近，英国剑桥大学桑格研究院的盖文·赖特（Gavin Wright）和艾瑞卡·比安奇（Enrica Bianchi）等终于在小鼠中找到了这个卵细胞膜蛋白，并把它命名为Juno（得名于罗马神话的婚姻和母性之神朱诺），相关论文今天发表在最新一期的《自然》杂志上。

为何Juno历经9年时间才终于千呼万唤始出来呢？论文的通讯作者赖特在接受果壳网采访时坦言，这个蛋白的寻找可谓困难重重。

【论文故事】精子遇到卵子的那一刻，发生了什么？

论文的通讯作者盖文·赖特。

“首先，像这一类的位于细胞膜表面的识别蛋白，它们之间的互相作用通常是瞬时效应，作用时间不到1秒钟，很难被检测得到；另外，由于哺乳动物产卵量较少，卵细胞成为一个珍稀的研究材料，样本的不足使得相关的科学研究难上加难。”赖特对果壳网说。

针对这些问题，如何高效地在有限的样本中研究蛋白质间的互相作用，就成为关键所在。赖特通过把Izumo1绑定在一个软骨基质蛋白低聚复合体（COMP）上，突破性地把Izumo1和靶蛋白相结合的时间延长到几十分钟，从而成功地在卵母细胞cDNA文库中把Juno筛选出来。

在谈到这个精妙到没朋友的设计时，赖特表示：“COMP是一个广谱的设计，它不但在本次实验中做出巨大贡献，也能帮助其他研究者们捕捉蛋白弱连接过程或是瞬时作用。我们之前已经有使用过这一方法找到了在红细胞表面上与疟原虫入侵过程相关的蛋白质。”

本次被发现的Juno蛋白其实是叶酸受体家族的成员，但却并不具备与叶酸结合的能力，它的唯一配体就是Izumo1。比安奇等进一步设计了Juno的抗体，在体外环境阻断了Juno和Izumo1之间的作用，使得卵细胞无法受精；而缺失了Juno的雌性小鼠也不具备生育能力。在这两种情况下，比安奇发现精子无法粘着在卵细胞上完成融合，而是只能在膜外游离。基于这些结果，研究者认定，Juno是受精过程中必不可少的一个核心蛋白。

那么Juno和Izumo1的具体角色又是什么呢？比安奇在无法进行细胞融合的细胞中进行了Juno和Izumo1的相互作用，发现这一作用并没有赋予这些细胞进行融合的能力，也就是说Juno和Izumo1可能不参与精卵融合这一过程，而仅仅作为精子卵子互相识别的一次“初吻”。比安奇还发现，在精卵融合后30分钟，就已经几乎无法在卵细胞膜上监测到Juno的存在。这一发现提示我们，Juno很可能在完成其识别任务后功成身退，这也避免了卵细胞继续与其他精子结合，保证了一精配一卵的健康比例。

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a:受精过程中，单个精子结合到卵子的细胞膜上，精子细胞膜上的Izumo1与卵子细胞膜上的Juno发生结合。b：受精完成后，Juno不再出现在卵细胞膜上，因此杜绝了其他精子与卵子的结合与受精。图片来源：Paul M. Wassarman.（2014）Nature.

正如所有的重量级生物学发现一样，我们揭开了Juno的神秘面纱，解决了一些问题，而创造了更多的机遇。关于未来的工作重心，赖特认为尝试在人类中应用这一发现，将是一个非常值得探索的方向。

“我们在小鼠中发现的Juno是一个在哺乳动物中相对保守的蛋白，也就是说人类也拥有这样的机制。因此，我们将尝试把Juno应用到人类身上，或是用Juno进行不孕不育的治疗，或是用Juno抗体来进行避孕，这些都将是重要的工作，并能够切实地对我们的生活造成影响，让我们拭目以待。”

PS：Juno不是电影，Izumo不是游戏，科研不会停止，受精不可儿戏。

信息来源：Nature

文章题图：shutterstock友情提供

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。。。好像很牛逼的样子。。