关于哺乳动物生殖细胞的发生和受精的几个问题

秦四哥

1卵泡细胞、卵母细胞和透明带之间有什么关系

哺乳动物胎儿出生前后，卵原细胞开始分化，进入减数第一次分裂前期，成为初级卵母细胞，周围由卵泡细胞（体细胞）包围，两者组成的卵泡就是原始卵泡。在新生儿的卵巢皮层中有大量的原始卵泡，从青春期起原始卵泡开始生长发育成为生长卵泡（包括初级卵泡和次级卵泡）。初级卵泡是指出现卵泡腔前的卵泡。随着卵泡的生长，卵泡细胞可多达6~12层，卵泡内出现卵泡腔，这时的卵泡称为次级卵泡。它不断增大，在卵巢表面突出，成为成熟卵泡。在神经和激素的调节下，成熟卵泡破裂，卵母细胞从卵巢中排出，完成减数第一次分裂进入输卵管，迅速进入减数第二次分裂，终止于分裂中期，等待受精。

在卵泡生长发育中，卵泡细胞间出现腔隙，并逐渐增大。同时，卵泡细胞分成两部分，包围在卵母细胞周围的卵泡细胞，称为卵丘细胞；卵丘细胞外的卵泡细胞称为颗粒细胞。卵丘细胞的突起、卵母细胞质膜上的微绒毛在透明带（卵母细胞与卵泡细胞之间的致密物质）中相互平行穿插。大多数哺乳动物的卵子在透明带外面包被着多层卵丘细胞及其胞外基质，共同构成卵丘。基质的主要成分是与蛋白结合的聚合透明质酸。在卵子发生期间，卵母细胞表面最靠近透明带的一层卵丘细胞称为放射冠，它伸出许多纤细突起，通过透明带到达卵子表面。

在大多数动物中，透明带是由卵母细胞分泌形成的。其组成成分有ZP1、ZP2、ZP3三种糖蛋白。ZP2、ZP3主要负责精子与透明带结合和诱发顶体反应，存在于整个透明带上。在小鼠中，ZP1主要发挥结构支撑功能，把ZP2、ZP3细丝横向连接起来，构成透明带三维构象。透明带保护脆弱的卵子和胚胎不受外界伤害，在体内，透明带对着床前的胚胎是必需的。没有透明带，胚胎的分裂球就会彼此分离或粘附于其他胚胎的分裂球上，使其丧失个体独立性，甚至粘附于输卵管上皮而导致死亡。对于进入雌性生殖道的精子来说，透明带是卵子受精前必须穿越的最后一道物理屏障。

2精子具有受精能力的前提条件是什么

在正常情况下，精子获能和顶体反应是受精的前提。精子获能和顶体反应虽然是两个不同的生理阶段，但是只有获能的精子才能发生顶体反应。同样，只有经过顶体反应的精子才能与卵子受精。

精子离开睾丸时已经高度分化，但尚不具有前向运动和使卵子受精的能力。一般来说，当精子通过附睾头部、体部并转运到尾部近侧端时就获得了前向运动和使卵子受精的能力，此过程称为附睾精子成熟。而从男性生殖道排出的精子，还必须在雌性生殖道内经历一段成熟过程，才能获得受精能力。1951年张明觉和奥斯汀在研究体外受精时分别发现了这一现象，1952年，奥斯汀将这一现象称之为精子获能。一般认为获能的主要事件是除去或改变精子质膜的稳定因子或保护物质，使精子质膜对特殊的受精环境非常敏感，尤其对卵子更为敏感。目前，虽然能在体外使各种哺乳动物的精子获能，但在自然情况下，精子获能发生于雌性生殖道内，并受自主神经和激素的调控。研究表明，在雌性生殖道内，精子获能没有种属特异性，因为一种动物精子能够在其他种类动物的雌性生殖道内获能。1958年，张明觉发现了精子获能是一个可逆过程，获能精子一旦与精液和附睾液接触，又可去获能。如果把去获能的精子转移到雌性生殖道内，并使之停留一段时间，精子又可重新获能，这表明精液和附睾液中存在着一种去获能因子。

获能的精子出现超激活运动，使精子克服输卵管上皮细胞的阻力，最后穿过卵丘细胞及其细胞外基质到达透明带。在哺乳动物中，体内、外受精的精子在穿入透明带前，必须在透明带表面经历顶体反应，即精子与透明带接触后才能发生顶体反应。顶体反应使精子顶体内所含有的若干种顶体酶释放出来，支持精子穿过透明带。一般来说，透明带介导的顶体反应具有种的特异性。精子顶体膜的囊泡化是顶体反应开始的标志，是受精作用中十分重要的一步。只有经过顶体反应的精子才能通过透明带，并与卵质膜融合。

3精卵质膜怎样相互作用，精卵怎样相互激活

在卵子表面有与精子结合的表面成分，称为精子受体;而在精子表面有与卵子结合的表面成分，称为卵子结合蛋白。精子与卵子之间的种属特异性的黏附和结合就是通过卵子结合蛋白和精子受体相互作用实现的。在多数情况下，透明带是阻止种间受精的主要障碍。获能精子在穿过透明带前与透明带表面首先发生初级识别或一级识别，这是由透明带表面的初级精子受体和精子质膜表面的初级卵子结合蛋白相互作用而完成的。小鼠ZP3与精子质膜上的特异受体结合后，形成受体-配体复合物，它具有两种功能：一是使精子附着在透明带上；二是激发精子发生顶体反应。顶体反应发生后，精子质膜脱落，精子表面与ZP3结合的受体也随之丟失。此时，精子与透明带之间发生次级识别或二级识别，透明带中负责与精子发生次级识别的是ZP2。

通过形态学研究发现，精、卵融合首先发生在两者质膜的接触部位。一般认为，精子与卵子质膜融合的起始部位局限于精子的赤道段和赤道后段区域。卵子参与精卵融合的部位一般是微绒毛丰富的区域，很少发生在减数第二次分裂纺锤体外面的平滑区域I，而启动膜融合的位点一般是在微绒毛的质膜表面。精子和卵子的相互作用是一个多种分子参与、多对配体和受体协同作用的过程。

受精前精子和卵子的代谢处于相对“休眠”状态，受精后精卵之间相互激活，启动新个体的发育。其实，受精前的“休眠”卵子并非真正处于静止状态，中期纺锤体始终处于聚合和解聚的动态平衡之中，其他许多代谢过程也都十分旺盛。在精子胞质中存在激活卵子的物质，即精子因子，具有在精卵质膜融合后释放而发挥活化卵子的功能。精子因子具有组织特异性，是精子特有的。精子进入卵子后，高致密度的精核染色质如何受卵子激发而去致密最终形成雄原核是受精的关键步骤之一。受精过程中精子核的去致密过程与精子形成和附睾成熟过程中精核致密化过程相反。哺乳动物球形精子细胞核的组蛋白完全被精子所特有的鱼精蛋白取代后，染色质高度致密化，可抵御各种物理损伤(如超声波）；精子在附睾成熟过程中，鱼精蛋白中的半觥氨酸残基被氧化成含有二硫键的觥氨酸残基，使得完全成熟的精子核能抵抗各种化学损伤。受精后精子DNA要参与胚胎发育，它的染色质必须在卵内去致密。精核DNA去致密的第一步是减少和清除鱼精蛋白上的二硫键。当足够多的二硫键被清除后，精核染色质开始对卵内的去致密因子产生反应而发生去致密。与此同时，鱼精蛋白逐渐被组蛋白取代。组蛋白重新取代鱼精蛋白是精子染色质重新激活和原核DNA复制的前提。减数第二次分裂中期卵子含高水平GSH（还原型谷胱甘肽），受精后GSH使鱼精蛋白二硫键数量下降到足够水平，使得卵子内去致密因子得以与精子染色质接触而移去鱼精蛋白，并被组蛋白取代。精核重激活是一系列事件协同作用的结果，重新组合的染色质诱导原核核膜重建，一旦原核完全形成，精核DNA就开始复制，为受精卵的第一次卵裂和胚胎发育做准备。

4什么是皮质颗粒与皮质反应

皮质颗粒是大多数脊椎动物和无脊椎动物卵母细胞中所特有的一种具有膜结构的细胞器。原始卵泡中的卵母细胞通常不含皮质颗粒，只有卵泡开始生长以后，皮质颗粒才开始形成。随着卵母细胞的生长，皮质颗粒的数量不断增加，向皮质区（卵细胞质的表层，物理性质不同于其他部分的细胞质）迁移，在皮质区形成“细胞器带”。卵母细胞在胞质成熟过程中，所有细胞器要经过位置和数量的变化，导致其他细胞器向胞质中央迁移，而皮质颗粒不发生内迁，而向质膜下迁移。皮质颗粒在质膜下呈线状排列，是哺乳动物卵母细胞成熟阶段的一个共同特征I。在很多动物中，皮质颗粒的分布存在明显的极性，减数第二次分裂纺锤体所在的区域，其质膜下没有皮质颗粒。未成熟的卵母细胞体外受精时之所以多精受精率高于成熟卵，一方面是由于皮质颗粒不靠近质膜分布；另一方面由于皮质颗粒数量不足，导致卵母细胞不能有效阻止多精入卵。

当精子激活卵子后，位于卵质膜下的皮质颗粒膜与卵质膜相互融合，发生胞吐作用，即发生皮质反应I。皮质颗粒的胞吐是爆发性的，从精子入卵点开始迅速向四周扩散。哺乳动物卵子皮质颗粒中所含的糖基化物质、蛋白酶、糖苷酶和卵过氧化物酶等，在精子入卵后释放出来，在卵质膜、卵周隙和透明带三个水平上阻止多精入卵，但皮质颗粒内容物阻止其他精子入卵的机制还有待于深入研究。

5阻止多精受精的机制有哪些

胎盘类哺乳动物是单精受精动物，受精时只需一个精子入卵，如果有一个以上精子入卵，通常会导致胚胎发育异常或发育阻滞，最终夭折。阻止多精受精的机制主要有两条：一是雌性生殖道的初步筛选；另一个是卵子本身具有强烈的阻止多精受精的能力。

雌性生殖道在限制精子到达受精部位方面起到重要作用。在生理条件下，一旦精子通过子宫输卵管连接部，其运动力下降，成千上百个精子储存于输卵管峡部的后段，与输卵管上皮结合。受成熟卵泡及其成分的调节，该部位的精子在适当的时机释放，并向受精部位运动。输卵管峡部精子释放后，到达输卵管壶腹部的数量受三个水平的调节：①受卵巢卵泡中的孕酮调节，排卵卵泡数量决定着通过血液循环到达输卵管的孕酮量，从而决定从输卵管上皮释放的精子数量；②精子向输卵管壶腹部运动受信息分子的影响，排卵前后的卵丘卵母细胞复合体释放许多物质，如生长因子、松弛素、类固醇等，影响输卵管黏液分泌，从而影响精子运动;③卵丘细胞中可能含有某种分子，只有运动力好的精子才能沿着该分子的浓度梯度到达受精部位。总之，从上述三个水平上控制达到受精部的精子数量，阻止多精受精发生。受精时许多精子包围着一个卵子的情况，只有在体外大量精子和卵子相互作用时才会发生，体内受精情况并非如此。在体内正常受精时能够

接近卵子的精子数量很少，受精过程中精卵比例为1:1~10:1。

卵子在与一个精子发生质膜融合之后，就会发生一系列的变化阻止其余的精子进入。兔和小鼠的卵子在第一次质膜融合后均有明显的膜电位变化，继而有较大量的皮质颗粒释放，皮质颗粒内含物作用于卵子表面并结合卵子质膜上其余的精子。皮质颗粒的内含物在受精卵的外面形成了新的细胞外层，皮质颗粒的膜成分加入卵质膜，形成了受精卵的膜结构。卵子阻止多精受精在卵子质膜表面上的表现是使其他精子与受精的卵子质膜难以结合，而已结合的精子又脱离了受精卵的质膜。多数动物的卵子在受精后，卵子质膜与精子的融合能力立即消失。卵子质膜这种阻止多精受精的能力，称之为卵质膜阻断。

——殷宁.关于哺乳动物生殖细胞的发生和受精的几个问题.生物学教学.2012年第11期