林戈課題組首次揭示男性ACTL9純合突變導致受精失敗的機制

受精是精子與卵子相互識別與融合並形成一個雙原核受精卵的過程。在輔助生殖治療過程中，部分患者出現所有卵子授精後均未出現原核，繼續培養仍未發生卵裂，這種現象稱之為受精失敗。男性或女性因素都可能導致受精失敗的出現。男性因素主要的致病基因為

PLCZ1

，但該基因突變只能解釋30%左右因男性因素所導致的受精失敗病例，進而亟需發掘新的致病基因並且探索可能的干預方案。

近2021年2月23日，中南大學及中信湘雅生殖與遺傳專科醫院研究小組聯合在

American Journal of Human Genetics

雜誌線上發表文章

American Journal of Human Genetics

。研究鑑定出導致受精失敗的新致病基因

Homozygous pathogenic variants in ACTL9 cause fertilization failure and male infertility in humans and mice

，並透過一系列體內外研究，

Homozygous pathogenic variants in ACTL9 cause fertilization failure and male infertility in humans and mice

該研究透過全外顯子測序對來自中信湘雅生殖與遺傳專科醫院的21例由於男性因素導致卵胞漿內單精子注射（ICSI）受精失敗的患者進行了基因檢測和遺傳學分析。發現了3例患者均攜帶有

ACTL9

基因的純合突變，分別為兩個錯義突變c。1034C>T（p。Ser345Leu），c。1138G>T（p。Val380Leu）和一個無義突變c。1209C>G（p。Tyr403Ter）（圖1）。

圖1：3個受精失敗家系中發現

揭示了男方攜帶ACTL9純合突變導致受精失敗的致病機制並提供了有效的干預方案。

純合突變

巴氏染色形態學觀察揭示了攜帶

ACTL9

突變患者的精子頭部畸形率高，尤其是錐形頭的比例顯著高於正常精子（圖2A）。並透過精子透射電鏡發現

ACTL9

突變精子核周鞘（PT）較正常精子明顯增寬（圖2C），呈現出“褶皺狀”頂體（圖2B）。

圖2：

ACTL9

突變精子形態學觀察

基於精子免疫熒光染色，發現正常精子的卵母細胞啟用因子PLCζ主要定位於精子赤道部，而

ACTL9

突變精子的PLCζ異常定位於頸部（圖3A）。進一步研究表明，突變精子進入卵胞漿後無法激發正常的鈣離子震盪，定位於精子頸部的PLCζ仍滯留於細胞核旁，無法完全釋放於卵胞漿內（圖3B）。

圖3：

ACTL9

突變精子及受精失敗卵中PLCζ的表達及定位

隨後，該團隊利用CRISPR/Cas9技術製備了攜帶類似患者突變位點的

ACTL9

突變小鼠模型，發現純合突變雄鼠完全重現了男性患者的精子PT增寬及ICSI受精失敗表型（圖4）。

圖4：

ACTL9

突變小鼠出現ICSI受精失敗表型

最後，基於以上研究基礎，在患者充分的知情同意及醫院倫理委員會監督下，2名患者妻子在進行

ACTL9

基因突變篩查後，使用臨床已成熟應用的鈣離子載體進行卵母細胞輔助激活幹預，2對患者均獲得正常受精和優質胚胎，其中1名患者已移植並獲得健康活產。

綜上所述，

Actl9

據悉，中南大學

Actl9

研究員和中信湘雅生殖與遺傳專科醫院

ACTL9

副研究員為本文通訊作者，中南大學基礎醫學院

本研究首次發現並證實ACTL9純合突變導致ICSI受精失敗和男性不育。該基因突變導致精子呈現“褶皺狀”頂體，導致PLCζ無法正常的定位於核周鞘中，從而無法釋放於卵胞漿內激發鈣離子震盪是引起受精失敗的主要原因，並利用鈣離子輔助啟用手段能得到有效干預。

博士和中信湘雅生殖與遺傳專科醫院

ACTL9

博士後為本文共同第一作者。

林戈課題組近年來致力於體外受精治療中胚胎實驗室各類異常的病因學研究。先後報道了一系列導致卵子成熟障礙、受精失敗、受精卵分裂失敗及早期胚胎髮育阻滯的分子機制。為相應患者的遺傳諮詢、分子診斷及精準干預提供理論基礎。

林戈

鄭偉