爱的力量？Nature子刊：精子和卵子相遇真的能擦出“爱的火花”...

摄影：张龙 来源：建行山东分行

在文学作品中，通常描述热恋中的男女激情四射并擦出爱的花火。然而，这种“火花”只能通过文字想象一下而已。但实际上，包括人类在内的许多动物中都存在这种“爱的火花”。

近日，发表在《Nature Chemistry》上的一项研究中，来自美国西北大学和密歇根州立大学领导的一个跨学科团队再次证实：至少在荧光显微镜下，当精子遇到卵子的那一刻，百亿个锌离子在相连接的细胞表面“点燃爱的火花”。该研究表明，这种化学反应在哺乳动物和两栖动物的进化上是保守的。该研究还有助于了解膳食锌含量与人类生育能力之间的相互作用。

哺乳动物的卵母细胞在受精过程中经历了锌含量和定位的重大变化，最引人注目的是超过100亿个锌离子的快速胞吐，导致了所谓的“锌火花”现象。

其实，这种壮观的微观景象早在10年前就已在小鼠中观察到，并在2016年时首次在人类卵子中观察到。

该研究通讯作者、西北大学分子生物科学系研究员Teresa Woodruff博士当时领导了那项研究，她说：“这非常令人惊叹，我们在人类卵子中也观察到令人叹为观止的‘锌火花’。”（见下图）

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除了人类和小鼠以外，这些“锌火花”还被在猕猴和牛的受精卵中观察到。这些研究表明，锌是决定胚胎能否继续发育成全新有机体的关键。

在这项新研究中，研究人员选择了非洲爪蛙（Xenopus laevis），因为它们的卵子是小鼠的15倍，所以可以更深入地研究锌外流的动力学。

利用X射线荧光显微镜和电子显微镜等强大的成像技术，研究人员观察到非洲爪蛙的卵子包含了一个类似的载锌囊泡系统，但比哺乳动物卵子中的囊泡大。经测量发现，这些囊泡中的锌含量是卵子其余部分的10倍，一旦受精它们就会“爆炸”。

与哺乳动物的卵子一样，在经历锌螯合剂诱导的激活后，会与分子标签发生反应，使它们在荧光显微镜下发出耀眼的闪光。这意味着，研究人员在非洲爪蛙上也见证了“锌火花”事件。

研究人员表示，这种现象至少可以追溯到大约3亿年前青蛙和哺乳动物祖先开始进化的时候。

还有令人惊讶的事情。除了锌以外，非洲爪蟾的卵子还释放了锰。研究人员发现，锰和一系列非必需的过渡金属离子都储存在动物的囊泡隔室中。这种情况在小鼠、蠕虫、牛和鸡中都没有发现。研究人员认为这些金属的存储和释放可能是两栖动物所特有的，他们表示将在小鼠中将进一步探讨这个问题。

基因通常被认为是关键的调控因子，但该研究提供了卵子中金属协调环境的证据。研究人员表示，像锌和锰这两种元素对受精后发育的第一步至关重要。

随后，研究人员在小鼠实验中发现，锌的波动存在多种作用。首先，它可以将卵子的细胞周期从减数分裂切换到有丝分裂。这使卵子开始发育成胚胎。其次，锌还会产生一种必要的障碍，以阻止其他精子的加入。同样的道理也适用于锰，研究人员发现，这两种元素在卵子周围都会抑制受精。

此外，锌火花的大小还揭示了胚胎的质量，这是体外受精（IVF）技术中非常重要的指标。Teresa Woodruff表示：“你只要在受精时观察一下锌火花的大小，就能立刻知道哪些卵子最适合用来人工授精。这为我们提供了一种挑选卵子的新方法。”

研究共同通讯作者、密歇根州立大学微生物学和分子遗传学家Thomas O"Halloran教授说：“这项研究还有助于我们了解膳食锌含量和人类生育能力之间的相互作用，并支持了一种新兴观点，即细胞利用过渡金属来调节生物体生命中那些最初的功能。”

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-021-00705-2

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