Life Med|王凤超等发现因受精障碍导致男性不育的新致病基因IQCN

受精是一个复杂的多步骤过程，包括精子获能、精卵识别、顶体反应、穿越透明带、精卵质膜融合、卵母细胞激活和原核形成并融合等，任何一个环节异常均可能出现不受精或异常受精。遗传相关的基因突变是引起ICSI后受精失败的重要原因。男性因素相关的PLCZ1、ACTL7A和ACTL9等基因突变会造成卵母细胞激活失败进而导致ICSI后不受精。但上述基因突变仅能解释约30%精子因素相关的受精障碍（不包括圆头精子症）。2022年11月，北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院王凤超课题组与首都医科大学附属北京妇产医院/北京妇幼保健院李琳副研究员、陈永杰助理研究员以及厦门大学附属妇女儿童医院/厦门市妇幼保健院沙艳伟副教授等人合作在Life Medicine杂志在线发表了题为Biallelic mutations in IQCN, encoding a novel acroplaxome protein, lead to fertilization failure and male infertility with defects in the acrosome and shaping of the spermatid head in humans and mice的研究论文。通过对男性受精障碍患者行全外显子组测序，研究者在3个独立家系中发现IQCN基因突变，在临床上通过IVF和ICSI均无法使患者配偶的卵细胞受精。透射电镜分析发现携带IQCN突变患者的精子顶体存在缺陷。IQCN是睾丸特异性表达基因，含有多个IQ结构域，在哺乳动物中高度保守，其具体生物学功能尚未见报道。研究人员通过CRISPR/Cas9技术，获得Iqcn基因敲除小鼠。通过形态学分析发现Iqcn-/-小鼠精子的顶体的完整性被破坏，顶体脱落或异常定位于精子头的远端，这与人IQCN突变精子顶体缺陷的表型相似。为进一步研究IQCN蛋白功能，研究人员构建了Iqcn-3×FLAG+/+小鼠，发现Iqcn蛋白在精子发生的变形期开始表达，并定位于顶体膜（Acrosomal membrane）和核膜（Nuclear membrane）之间的顶体下层板（Acroplaxome）及其边缘环（Marginal ring）区域。这很好的解释了为什么IQCN缺失容易导致精子头部形态异常和顶体缺陷。研究人员又通过免疫沉淀串联质谱分析（IP-MS），发现IQCN是一种骨架结合蛋白，能够和ACTB、ACTL7A、ACTBL2、TUBA1C和TUBB3等互作，进一步证实了IQCN作为Acroplaxome复合体蛋白对精子头部形态和顶体结构至关重要。为了进一步探索IQCN造成受精障碍的机制，研究人员通过IVF、ICSI、ICSI结合人工卵子激活等手段，发现Iqcn-/-精子无法使正常卵子受精，主要原因是无法形成雄原核。非常有意思的是，Iqcn-/-精子能使去除透明带的卵子受精，形成囊胚，同时将这些囊胚移植到代孕鼠子宫后，能出生健康后代。在临床上有报道，将人的卵子去除透明带后，能成功妊娠并生出健康后代。因此本研究为IQCN突变患者提供了潜在的治疗方法。

研究人员又通过Triton X-100处理小鼠Iqcn-/-精子，并通过ICSI结合人工卵子激活，发现小鼠Iqcn-/-精子能使正常小鼠卵子受精，形成小鼠2细胞胚胎，将小鼠2细胞胚胎移植后能够生出健康后代。上述研究表明IQCN缺失导致的异常顶体影响正常的顶体反应，阻碍受精。当去除残留的顶体，可使受精正常进行。

本研究针对临床男性不育的难题，通过临床病例测序，结合小鼠模型，揭示了IQCN蛋白功能。同时采用两种技术手段，使Iqcn-/-小鼠重获健康后代，为受精障碍导致的男性不育的临床诊疗提供了新的思路。

北京生命科学研究所/清华大学生物医学交叉研究院转基因动物中心主任王凤超博士、首都医科大学附属北京妇产医院/北京妇幼保健院李琳副研究员和陈永杰助理研究员为共同通讯作者，厦门大学附属妇女儿童医院/厦门市妇幼保健院沙艳伟副教授、首都医科大学附属北京妇产医院/北京妇幼保健院陈永杰助理研究员、青岛大学附属烟台毓璜顶医院王雄副主任医师、北京师范大学在读博士研究生孟冉冉、北京生命科学研究所杨晓燕、厦门大学附属第一医院李友筑副研究员为并列第一作者。

本研究得到国家自然科学基金、福建省卫健委医学创新课题、北京市医院管理中心“青苗”计划、首都医科大学附属北京妇产医院/北京妇幼保健院“学科骨干”和“优青人才”经费支持。

英文全文链接：

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnac050

引用本文：

Yanwei Sha, Yongjie Chen, Xiong Wang, Ranran Meng, Xiaoyan Yang, Youzhu Li, Pengpeng Jin, Shanze Li, Jie Chen, Tianyu Shao, Dan Xu, Yibiao Guo, Zhaodi Jiang, Yuhua Li, Shuntai Yu, Lin Li, Fengchao Wang, Biallelic mutations in IQCN, encoding a novel acroplaxome protein, lead to fertilization failure and male infertility with defects in the acrosome and shaping of the spermatid head in humans and mice, Life Medicine, 2022;, lnac050, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnac050