科研成果
张锋教授等合作发现导致早期胚胎停育的男性致病基因ACTL7A,揭示其机制并探索了干预策略

       获得有效可移植胚胎是试管婴儿成功的关键,然而,临床上有部分患者夫妇,其精子和卵母细胞都看起来“正常”,却表现为反复早期胚胎停育。一般来说,临床医生将其归因于女性因素而非男性因素,尤其是精子临床诊断为正常时。目前,未见男性遗传因素导致早期胚胎发育失败的报道。

       2020年8月28日,复旦大学附属妇产科医院、上海集爱遗传与不育诊疗中心孙晓溪教授联合复旦大学附属妇产科医院/代谢与整合生物学研究员张锋教授和上海市计划生育科学研究所施惠娟研究员在Science Advances期刊上在线发表了文章Disruption in ACTL7A causes acrosomal ultrastructural defects in human and mouse sperm as a novel male factor inducing early embryonic arrest。该研究发现了男性遗传因素导致早期胚胎停育的第一个突变基因ACTL7A,并明确了ACTL7A 突变的致病机制;同时发现卵母细胞人工激活(AOA)技术能够成功克服因ACTL7A/Actl7a突变导致的胚胎停滞,并使Actl7a突变雄性小鼠获得健康子代,为这类患者提供了治疗方向。

       本研究来自一个具有兄弟两人的近亲家系,兄弟两人均已婚但多年未育,临床诊断结果显示两人的精子形态和精液常规都表现正常,女方各项检查也都正常,但经过多次ART治疗,均呈现胚胎发育停滞,无有效胚胎可用,最后都通过供精IVF的方式,获得了健康后代。以上临床信息,排除了女方因素,可能是单纯的男方因素而导致的早期胚胎停育。研究人员对这一家系进行全外显子测序分析,发现兄弟两人均携带ACTL7A的纯合错义突变(图1)。

 图1 兄弟不育家系中ACTL7A错义突变

       研究人员遂利用基因编辑技术建立了与患者一致的Actl7a点突变小鼠模型,发现该基因的突变不影响雄性小鼠的精子密度、活力及生殖系统的发育,只表现为雄性不育。经透射电镜对精子进一步分析发现,患者和突变小鼠的精子顶体都呈现褶皱脱落的形式,无法贴合在精子细胞核膜上,表现为顶体超微结构缺陷(图2)。

图2 患者及点突变小鼠精子的超微结构

       进一步的研究发现, ACTL7A突变导致顶体缺陷,会引起精子卵母细胞激活因子(Sperm Oocyte Activation Factor, SOAF)PLCζ表达降低,并且定位在与卵子首次融合并释放SOAF的精子赤道区的信号消失(图3)。所以,ACTL7A突变导致顶体缺陷,从而引起PLCζ表达量和分布的改变是早期胚胎发育失败的原因。基于以上基础,研究人员利用氯化锶(SrCl2)进行了ICSI-AOA,可成功使得突变小鼠精子与卵子受精并发育成囊胚,经胚胎移植后生育健康子代(图3)。为未来在ART过程中开展此类患者的临床治疗奠定了基础。

图3. PLCζ在精子上的表达和分布及AOA干预

       总之,胚胎早期停滞一直是辅助生殖中心一大难题,并且一般归因于女性因素,本研究首次发现了导致早期胚胎停育的男性遗传因素及机制,并探索了其干预策略,为临床医生诊断及治疗此类患者提供了新的方向。 

       此研究从临床中发现问题,通过基础研究发现新的致病基因,并阐明了其致病机制,进而寻找到此疾病的干预策略,是一个较为典型的转化医学研究案例。

       据悉,孙晓溪教授、张锋教授和施惠娟研究员为本论文的共同通讯作者,复旦大学附属妇产科医院/上海市计划生育科学研究所博士后辛爱洁、复旦大学附属妇产科医院/上海集爱遗传与不育诊疗中心陈国武主任、曲荣贵博士和张玲博士后为共同第一作者。

       论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/35/eaaz4796