2022年1月11日，南京農業大學動物科技學院熊波課題組在《Cell Death and Differentiation》上發表題為“Transglutaminase 2 crosslinks zona pellucida glycoprotein 3 to prevent polyspermy”的研究論文，揭示和闡明了穀氨醯胺轉胺酶2（Transglutaminase 2，Tgm2）在受精後誘發哺乳動物卵子透明帶硬化以防止多精受精和多倍體胚胎形成的功能和作用機制。
哺乳動物單精受精是有性生殖中一個複雜並受到精密調控的生物學過程，要求單倍體精子與卵子之間完成一系列有序的相互作用來創造新的二倍體生命。動物精子穿過雌性生殖道，在輸卵管的壺腹部與成熟卵子相遇，識別、結合、穿透卵子透明帶，最終進入卵周隙與卵子質膜融合，完成受精。受精後，卵子質膜和透明帶都發生變化，使得其他精子不能再與卵子受精，有效防止多精受精和多倍體胚胎的形成[1]。在人類中，儘管有三倍體和四倍體嬰兒出生的報導，但這種嬰兒通常伴隨嚴重的發育缺陷，最終夭折。輔助生殖臨床治療中，體外受精過程存在大約10%的多精受精率，容易產生三原核胚胎，導致後續胚胎發育阻滯或流產[2，3]。與其他動物相比，猪的多精受精率很高，體內多精受精率可達到30%-40%，而體外多精受精率可超過65%，嚴重限制了猪體外受精科技和體外胚胎生產的應用[4]。為了防止多精受精，哺乳動物的卵子在受精後觸發了三種機制：1）卵子質膜上的精子受體蛋白Juno迅速消失，使得其他精子不再與卵子質膜發生融合[5]；2）卵子透明帶發生硬化，封锁正在穿透透明帶的精子繼續進入卵子；3）卵子釋放皮質顆粒成分Ovastacin，切割透明帶中的精子結合位點，導致其他精子不能識別與結合卵子[6，7]。第一種和第三種防止多精受精的分子機制已有初步認識，但關於第二種的分子基礎仍不明確。
該研究中，通過對卵子透明帶蛋白進行免疫沉澱實驗結合質譜分析，作者發現一種能够催化蛋白交聯的酶Tgm2，與透明帶蛋白存在相互作用。Tgm2在卵母細胞的皮層下大量積累，並於受精後發揮功能。體外抑制Tgm2活性或體內敲除Tgm2均導致受精卵的卵周隙出現多餘的精子，並形成多倍體胚胎，造成囊胚率下降和動物產仔數减少。體外生化實驗顯示，重組Tgm2蛋白可以結合並交聯透明帶蛋白3（zona pellucida 3，ZP3），從而改變透明帶的硬化程度。另外，作者利用重組Tgm2蛋白處理卵子能够有效抑制體外受精中多精受精現象的發生。這些研究結果表明，Tgm2是一個新的參與封锁多精受精的分子。
作者從遺傳、細胞和生化角度提供證據解析了Tgm2通過交聯透明帶蛋白誘導透明帶硬化進而防止多精受精的獨特生物學功能，不僅拓展了對現有卵子質膜和透明帶封锁多精受精機制的認知，同時也為改進人類和家畜的體外受精科技，以及開發非激素類避孕藥物提供了新靶點和新思路。
南京農業大學動物科技學院博士生崔兆康、已畢業博士盧亞娟、師資博士後苗義龍為該研究的共同第一作者，熊波教授為通訊作者，在讀博士生張玉、已畢業博士代小新也參與了該研究。
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https://www.nature.com/articles/s41418-022-00933-0