国外医学计划生育分册1999年2月第18卷第1期

浙江省医学科学院（310013）陈文颖综述石其贤审校

摘要人及哺乳动物受精早期的重要步骤包括精子获能、精卵识别（或结合）、顶体反应和精卵融合。越来越多的研究表明它们是由糖类调节的。输卵管特异糖蛋白（ oGP）对精子获能起直接作用。蛋白多糖和氨基葡聚集糖均可诱发精子获能。精卵识别中存在着糖类识别机制，即精子受体和卵透明带（ zP）配体相互作用。但它们的化学性质和特性还不清楚。

关健词：受精糖类调节精子获能精卵识别

哺乳动物受精早期的重要步骤是精卵识别（或结合）以及精子与卵透明带（ zP）的结合。对应配子膜上存在的互补分子参与了精卵相互作用。虽然目前对于互补分子的化学性质还了解得很小，但越来越多的研究表明受精过程中精子获能和精卵识别是由糖类调节的，即糖蛋白在生殖系统中起重要作用。一些聚糖中的糖原部分可调节细胞粘附包括精卵识别和结合以及精子输卵管粘附和子宫胚胎着床。若干类聚糖，包括高甘露糖或杂合型聚糖，唾液酸糖基化和半乳糖糖基化的糖蛋白，与受精中的许多环节有关。因此，通过改变有生物活性的聚糖将有可能影响受精过程。

长期以来，受精过程是生殖医学研究的热点之一。从动物受精过程中得到的知识，使人的体外受精获得了成功。至今，我们对动物受精过程最了解的还是小鼠^[1]。小鼠成功的受精包括以下几个连续的步骤：即：①精子在雌性生殖道内获能。②获能精子和 zP结合。③顶体反应（ aR）的发生。④精子穿透 zP。⑤精、卵质膜相互融合。本文讨论人及哺乳动物受精早期的糖类调节，特别是着重糖残基在精子获能和精卵识别中的重要的作用。

一、精子获能

精子在从附睾头到附睾尾的转运过程中，其质膜发生了很多变化^[2]。但刚射出的精子不能立即与卵子受精，它们还必须在雌性生殖道停留一段时间并发生一系列的生化和功能上的调整，即称为获能。这些改变，包括去除精子质膜所吸附的精浆蛋白及修饰和（或）重新组合精子表面的分子，以保证精子能够结合并穿透 zP。

yanagimachi和 chang最先报道了使用交配后从雌性生殖道获得的精子或使用经输卵管液培养后的附睾精子，使仓鼠卵子体外受精获得成功。这些研究表明雌性生殖道内存在一种或多种因子使精子获能。大多数研究者认为，获能可导致精子质膜上那些修饰离通道的精子质膜蛋白或糖蛋白和脂类成分发生改变，从而使精子产生获能、超激活运动和 aR的跨膜离子运动。但获能的分了机制仍未完全了解。对于大部分哺乳动物，其精子在输卵管峡部发生超激活运动，然后进入输卵管壶腹部，即体内受精部位。

含有牛血浆白蛋白（ bSA）和能量物质的培养基能使哺乳动物精子在体外获能。精子一旦获能，则伴随着一系列生化变化，即：①腺苷酸环化酶的激活和环磷酸腺苷（ cAMP）含量的增加。②胞内 pH增高。③钙离子(Ca²⁺)内流。④膜表面成分的丢失。⑤精子质膜改变。⑥精子对外源凝集素的结合类型发生改变。从精子外源凝集素结合特性的改变可知，其表面的糖蛋白在获能期间已发生改变。这是因为子宫和输卵管分泌物中的糖基转移酶可转变精子质膜糖蛋白。通过对暴露于精子表面的聚糖末端增加糖残基，从而改变内源的质膜糖蛋白，可望改变其外源凝集素结合特性。

输卵管特异糖蛋白（ oGP）对精子获能起直接作用。 oGP存在时，精子获能比其缺乏时高2倍并可增加体外受精率^[3]。另外，当 oGP存在时，获能精子使同源卵子受精的能力更强。获能精子在 oGP存在时，对卵巢卵子的穿透率比无 oGP时高3倍^[3]。这表明输卵管及其分泌物在精子功能中起重要作用。蛋白多糖和氨基葡聚糖均可诱发精子获能。肝素可与人及一些哺乳动物精子结合。其结合能力依赖于 pH、离子强度、温度以及特异受体-配体相互作用。

综上所述，获能反映了成熟精子质膜上的多种变化。虽然不同动物的分子机制有所不同，但最终导致精子超激活运动发生和使其具有 aR的能力。

二、精卵相互作用

精子获能后以十分精确的方式与 zP相互作用。对小鼠的研究表明，获能精子和 zP结合可分为两个步骤。首先，精子质膜和卵 zP可逆性松散地结合，接着则是牢固地不可逆结合。一个卵子表面可结合多个精子，但通常只有一个精子穿过 zP并和卵质膜发生融合。

小鼠、大鼠和其他一些种类的 zP是由 zP1、 zP2和 zP3三种糖蛋白组成，猪则存在第四种类型的 zP（ zP4）^[4]。在卵子成熟过程中，分泌的 zP糖蛋白以非共价方式相互作用，形成纤维网络，从而构成胞外基质。这种结构使 zP具有弹性并使 aR后的精子易于穿透。许多事件都由 zP调节，如：①相关种属特异性的精卵识别以及获能精子与卵子结合。②激活精子，导致 aR发生。③阻断多精受精。④保护受精卵至着床前的发育胚胎^[1]。

最近几年，对影响配子质膜表面相互作用的互补分子的识别及其特异性已取得可喜进展。对于小鼠 zP（ mZP）的表达表明：①精子-ZP一级结合受存在于精子质膜上的特异 zP3受体和 zP3调节。②精子与 zP3结合引发 aR。③精子-ZP二级结合即 aR或 aR后的精子与 zP2的结合。④ zP1并不直接与精子相互作用。针对性的破坏 mZP3基因可导致雌性小鼠卵子缺乏 zP3从而丧失生育力^[5]。在小鼠、仓鼠、猪和大鼠中的 zP2和 zP3都是高度糖基化的。低含量的 mZP3就可使每个卵子结合的精子数下降并呈剂量依赖关系。这种抑制是由于加入的 mZP3竞争性结合了精子头部质膜上互补的结合位点。

zP的聚糖成分使其具有配合活性：①改变 mZP3多肽结构不会破坏其抑制精卵结合的能力。②不同的外源凝集素能抑制或破坏精卵结合。③特异的单糖、双糖、寡糖和糖蛋白可抑制或阻断精卵结合。④用外糖基化酶处理卵子可抑制或阻断精卵结合。⑤用链霉蛋白酶降解 mZP3后得到的糖多肽（1.5~6.0kDa）仍保留精子结合特性。⑥精子结合特性对三氟甲烷磺酸处理（导致单糖残其上 n-和 o-连接寡糖链的断裂）颇为敏感^[6]。这些研究为了证明糖蛋白上的聚糖成分是精子的配体提供了重要的依据。

然而，精确识别使 mZP3具有配体活性的糖残基尚有争议。较早的研究中，用杏仁糖肽酶（可水解各类 n-连接多糖上的β-天冬酰胺-葡糖胺）处理小鼠卵子可强烈抑制精卵结合。 mZP2和 mZP3上存在的 n-连接的高甘露糖或杂合寡糖链可能在精卵结合中起作用，并且这些寡糖单元可能是精子质膜上存在的甘露糖苷酶识别或结合部位的组成部分。它是一种属于水解断裂糖苷键的糖苷酶，这些水解酶都有相同的催化机制，最常见的是在糖残基断裂前形成酶-糖底物中间体。有证据表明存在精子酶中间产物复合物：在大量的甘露糖残基被切割以前， zP底物已形成并参与受精的下一步反应。

此外， nagDas等已证明 mZP2和 mZP3上天冬酰胺-连接（ n-连接）聚 n-乙酰乳糖胺等聚糖的存在^[4]。在其他细胞中， n-连接的聚乳糖胺链有多种多样的尾部顺序包括： galα₁、3Galβ，4GlcNAcβ₁，3Gal-R。这种α-连接的半乳糖基末端顺序是由一类限度的 n-连接的半乳糖基结合物包括细胞表面成分构成的。如果这种顺序在 mZP3上也存在，那么它可能在精卵结合中起作用。

应当指出 mZP3以及用作体外试验的聚糖是由卵巢 zP纯化，而不是用输卵管中的卵子纯化得到的。虽然从卵巢和输卵管卵子纯化的 mZP3在化学性质和功能上是相似的，但卵子表面的结构在输卵管环境中发生了改变。这表现在与 oGP或与其他糖蛋白例如糖基转移酶等结合。输卵管液中存在的糖基转移酶有可能参与了最终暴露在 zP表面的糖链的修饰。 zP糖蛋白上任何糖残基在输卵管中的改变，对精子受体活性即识别和结合这些糖残基都可能产生影响。这表明在输卵管微环境中的聚糖和它的互补受体可能与体外精卵结合试验不同。

最近研究已确定了一些精子上作为受体的蛋白。其中半乳糖基转移酶。 sP56， zP受体激酶（ zRK）和精子粘附分子参与了精子-ZP一级结合，而 pH-20蛋白，顶体酶原， sP38和 sP17则参与二级结合^[7]。精子-ZP一级结合引发精子与 zP的相互作用并激发 aR，而精子-ZP二级结合使精子粘附于 zP并穿透 zP。

存在于精子表面的β1-4半乳糖基转移酶不仅具有酶的活性，同时还作为一个凝集素识别具 n-乙酰葡糖胺未端的寡糖链配体。纯化的半乳糖基转移酶，半乳糖基转移酶抑制剂和抗-半乳糖基转移酶的抗体可抑制精卵相互作用。已有研究表明半乳糖基转移酶的特异性作用于 zP3。半乳糖基转移酶可能还存在信息传递功能。过度表达半乳糖基转移酶的转基因小鼠精子比正常精子更多地结合 zP3，且大部分发生 aR^[6]。 sP56系56kDa的外周膜蛋白。它最初是在小鼠精子中发现的，并能与纯化的小鼠 zP3和 zP3的糖多肽共价结合。特异单克隆抗体分析表明 sP56存在小鼠精子头部背面。纯化的 sP56可与小鼠卵结合从而抑制体外精卵结合。 zRK是一个跨膜受体且具酪氨酸激酶活性。酪氨酸磷酸化是精子受精所必需的，抑制酪氨酸蛋白激酶活性可阻断受精。用单克隆抗体 mAb97.25发现了95kDa的精子蛋白参与精卵相互作用。该精子蛋白是酪氨酸磷酸化且存在于精子表面顶体区域。其多肽成分可竞争性抑制人精子-ZP相互作用。精子粘附分子家族（12~16kDa）可和包括 zP糖蛋白在内的一些配体结合。当精子获能后，