清華新聞網(wǎng)5月11日電 不孕不育問(wèn)題影響著全球數(shù)百萬(wàn)的育齡夫婦。國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)2018年6月發(fā)布的《2017年我國(guó)衛(wèi)生健康事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示，中國(guó)育齡夫婦的不孕不育率為12%-15%左右，不孕者約5000萬(wàn)。受環(huán)境污染、生育年齡推遲、生活壓力等因素影響，不孕人數(shù)還在不斷增加，影響家庭健康幸福，并給國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)隱患。造成不孕癥的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，包括生殖細(xì)胞發(fā)育、運(yùn)輸及受精卵著床或發(fā)育異常等。部分不孕癥可以通過(guò)體外受精（IVF）和單精子注射（ICSI）等輔助生殖手段解決，而另一部分原因造成的不孕癥，如遺傳因素造成的不孕癥目前還無(wú)法解決，研究其機(jī)制及潛在的治療手段對(duì)提高家庭健康和人口質(zhì)量至關(guān)重要。
圖1 小鼠正常合子（上）及p.R442Q突變型Chk1過(guò)表達(dá)合子（下）的免疫熒光染色。藍(lán)綠色指示細(xì)胞核著色（DAPI）；粉色顯示DNA損傷標(biāo)記蛋白（γ-H2AX）著色。p.R442Q突變型Chk1過(guò)表達(dá)的合子喪失發(fā)育過(guò)程中雄原核應(yīng)有的DNA損傷標(biāo)記。
圖2 CHEK1 p.R442Q雜合突變導(dǎo)致合子卵裂阻滯，低劑量CHEK1抑制劑可使部分合子進(jìn)一步發(fā)育
5月4日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔副教授課題組與安徽醫(yī)科大學(xué)曹云霞教授和章志國(guó)教授課題組及首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院助理研究員李琳，于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域期刊《蛋白質(zhì)和細(xì)胞》（Protein & Cell）在線(xiàn)發(fā)表題為“人類(lèi)合子中CHEK1基因雜合突變?cè)斐陕蚜炎铚保∕aternal heterozygous mutation in CHEK1 leads to mitotic arrest in human zygotes）的論文。研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了因CHEK1基因錯(cuò)義突變導(dǎo)致的女性不育家系，在動(dòng)物模型中的研究發(fā)現(xiàn)，CHEK1 p.R442Q位點(diǎn)的突變?cè)斐闪薈HEK1激酶活性增強(qiáng)，進(jìn)而阻滯了受精卵的第一次有絲分裂。利用低劑量CHEK1抑制劑對(duì)阻滯的受精卵短時(shí)間處理，顯著回復(fù)了突變?cè)斐傻淖铚饔茫故芫秧樌l(fā)育并產(chǎn)生健康子代。該研究解釋了因CHEK1突變?cè)斐傻拇菩圆挥臋C(jī)制并尋找到了潛在的治療方法，為遺傳因素造成的不孕癥診斷和治療提供了新思路。
圖3 CHEK1基因突變導(dǎo)致的雌性不育家系
基于臨床案例，研究人員首先發(fā)現(xiàn)了一個(gè)表現(xiàn)為受精卵分裂失敗的雌性不育家系，并通過(guò)全外顯子測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)了潛在的致病突變CHEK1 p.R442Q。該家系中不孕癥患者存在CHEK1的雜合突變，而其他體細(xì)胞及身體功能均正常未受影響。作為DNA損傷檢查點(diǎn)激酶，當(dāng)細(xì)胞中發(fā)生DNA損傷時(shí)，CHEK1激酶活化，阻止細(xì)胞周期向下進(jìn)行并啟動(dòng)修復(fù)程序，直到DNA錯(cuò)誤修復(fù)或細(xì)胞凋亡?；谝陨仙欧治觯芯咳藛T克隆了對(duì)應(yīng)的小鼠Chk1突變mRNA，并通過(guò)顯微注射的手段將其引入小鼠受精卵，突變的Chk1蛋白同樣造成了半數(shù)以上小鼠受精卵第一次有絲分裂的阻滯。體外純化的蛋白激酶活性實(shí)驗(yàn)確定了此突變體CHEK1激酶活性比野生型CHEK1稍高。升高的CHEK1激酶活性使得第一個(gè)有絲分裂檢查點(diǎn)閾值過(guò)高，在不存在嚴(yán)重DNA損傷的情況下細(xì)胞周期依然無(wú)法向下進(jìn)行。
圖4 CHEK1激酶結(jié)構(gòu)及酶活。左圖顯示CHEK1蛋白的酶活結(jié)構(gòu)域及自抑制區(qū)，右圖顯示p.R442Q突變的CHEK1激酶活性上升
為了尋找此突變?cè)斐傻氖芫逊至颜系K的解決方案，研究者進(jìn)一步利用了CHEK1的化學(xué)小分子抑制劑處理了表達(dá)突變Chk1蛋白的小鼠的受精卵。與未經(jīng)CHEK1抑制劑處理的對(duì)照組相比，處理后的受精卵正常分裂并進(jìn)一步發(fā)育的比例大大提升，并可以在移植后出生健康的子代。γ-H2AX的熒光染色表明，低劑量的CHEK1抑制劑處理沒(méi)有造成更多的DNA損傷，且對(duì)處理后的胚胎轉(zhuǎn)錄組測(cè)序表明，CHEK1抑制劑的處理并未造成顯著的轉(zhuǎn)錄組改變。
圖5 CHEK1抑制劑回復(fù)由CHEK1 p.R442Q突變導(dǎo)致的合子卵裂阻滯
該研究揭示了人類(lèi)早期胚胎第一次有絲分裂對(duì)DNA損傷檢查點(diǎn)調(diào)控極其敏感，并提示人類(lèi)和小鼠的卵子到受精卵轉(zhuǎn)化過(guò)程有種屬特異性。該研究發(fā)現(xiàn)了早期胚胎第一次有絲分裂對(duì)細(xì)胞周期調(diào)控極其靈敏，并提供了因CHEK1蛋白活性失調(diào)造成的不孕癥的潛在解決方案。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院那潔副教授，安徽醫(yī)科大學(xué)曹云霞教授、章志國(guó)教授及首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院助理研究員李琳博士為該論文的通訊作者。安徽醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院陳蓓麗博士、清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后郭健穎、博士生王婷為本論文共同第一作者。清華大學(xué)化學(xué)系本科生李倩惠為本研究作出了重要貢獻(xiàn)，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院李海濤教授指導(dǎo)了CHEK1蛋白純化和激酶活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，清華-北大聯(lián)合生命科學(xué)中心、北京市醫(yī)管中心“青苗計(jì)劃”、清華大學(xué)本科生SRT計(jì)劃等組織機(jī)構(gòu)提供經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接:
https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-021-00844-9
供稿：醫(yī)學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
