近日，《科學》雜志子刊《科學轉(zhuǎn)化醫(yī)學》（影響因子18.6）發(fā)表了來自上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院輔助生殖科匡延平團隊，聯(lián)合復旦大學桑慶、王磊團隊的最新研究成果“A Pannexin 1 Channelopathy Causes Human Oocyte Death”。研究成果揭示了PANX1突變致疾病產(chǎn)生并明確了致病機制，同時提供了首個深入研究PANX1病理學功能的鼠模型。人類新的孟德爾遺傳病、糖基化疾病及離子通道疾病——“卵子死亡”被發(fā)現(xiàn)并命名。
歷時15年，研究團隊在四個獨立家系中，發(fā)現(xiàn)了細胞連接蛋白家族成員PANX1存在不同的突變，并通過細胞水平、爪蟾卵子、鼠模型等多個角度深入揭示了致病機制：突變通過影響蛋白糖基化、激活通道、加速ATP釋放，致表型出現(xiàn)，從而證明了卵子死亡是一種全新的孟德爾遺傳病及糖基化疾病，也是PANX家族成員異常的首個離子通道疾病。
細胞之間的連接與交流是生物有機體維持正常生理功能的必要環(huán)節(jié)。聯(lián)接蛋白（Connexin）與通道蛋白（Pannexin）家族是形成細胞之間連接的重要離子通道，它們控制的信號通路在細胞正常生理作用中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。Connexin（Cx） 家族包括21個成員，其中一些成員發(fā)生突變已被發(fā)現(xiàn)引起諸多疾病。例如，Cx32突變導致神經(jīng)系統(tǒng)疾病Charcot-Marie-Tooth（Science，1993）,Cx26，Cx31，Cx30突變導致聽力障礙 （Nature, 1997；Nature Genetics，1998；Nature Genetics, 1999），Cx46突變致白內(nèi)障（Am J Hum Genet，1999），Cx30.3突變致紅斑角皮癥（Am J Hum Genet，1998）等。Pannnexin（PANX）家族由三個成員PANX1,2,3組成。迄今尚未發(fā)現(xiàn)任何疾病由此三個成員突變導致。PANX1在2003年被克隆,隨后的十余年間，大量研究報道其與炎癥、感染、局部缺血等生理病理學過程有關(guān)，但是，PANX1敲除鼠沒有明顯異常：敲除鼠可育，也不存在其他器官的異常。這些證據(jù)似乎又表明PANX1并不重要。
2003年，上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院輔助生殖科匡延平教授在臨床試管嬰兒術(shù)中發(fā)現(xiàn)了一個奇特的病例：患者取卵數(shù)、卵子形態(tài)及體外受精均正常，但受精第二天后，所有胚胎均出現(xiàn)發(fā)黑、萎縮、退化的現(xiàn)象。隨后又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一個具有相似表型的家族性患者（家系2）及一例具有更嚴重表型的散發(fā)患者：卵子取出后，未受精即表現(xiàn)為發(fā)黑、萎縮、退化（家系3）。當時，無醫(yī)學文獻報道過此疾病，也無人描述過，此疾病的致病原因及機制不得而知。2015年，匡延平團隊聯(lián)合復旦大學桑慶、王磊團隊著手開展研究。期間，西北婦女兒童醫(yī)院生殖中心的師娟子教授也發(fā)現(xiàn)了一例類似的家族性患者（家系1）。當時，研究團隊將此疾病命名為“卵子死亡”。
通過三年多的聯(lián)合攻關(guān)，研究團隊在四個獨立家系中發(fā)現(xiàn)了PANX1存在不同的突變，此疾病符合孟德爾顯性遺傳特點，明確“卵子死亡”是一種新的孟德爾遺傳病。
PANX1為糖基化蛋白，隨后的細胞及卵子的系列功能實驗證明：突變會改變PANX1的糖基化模式，被改變的糖基化模式與疾病密切相關(guān)，表明卵子死亡亦屬于一種新的糖基化疾病。通過對體外鼠卵子、爪蟾卵子研究顯示：突變引起PANX1通道異常激活，加速了卵子內(nèi)部ATP釋放，導致疾病出現(xiàn)。試驗中，四個PANX1點突變鼠的生育力均正常且無明顯表型，而PANX1在人卵中的表達卻顯著高于鼠卵，研究團隊推測這可能是突變鼠無表型的原因。于是進一步制作了在卵子特異表達的野生型及突變型PANX1過表達鼠模型。突變鼠模型表現(xiàn)為不孕，且準確模擬出了卵子死亡的表型。該研究成果揭示了PANX1突變致疾病產(chǎn)生并明確了致病機制，同時也提供了首個深入研究PANX1病理學功能的鼠模型。
桑慶副研究員、匡延平教授、王磊教授為本論文通訊作者。復旦生物醫(yī)學研究院博士研究生張治華、西北婦女兒童醫(yī)院師娟子教授，復旦大學附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院孫曉溪教授、上海九院輔助生殖科李斌、閆錚博士為共同第一作者。中科院神經(jīng)所竺淑佳團隊，孫強研究員亦參與了此項研究。
研究者團隊近幾年關(guān)注于人類早期生殖異常的遺傳學基礎，相繼在N Engl J Med（2016），Science Transl Med（2019），Am J Hum Genet（2016、2017、2018）等發(fā)表了論文。陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了此過程中的2種新孟德爾遺傳病、5個新致病基因并闡明了部分基因的機制。擴展了對人類孟德爾疾病的認知；揭示了人類卵子及早期胚胎發(fā)育中隱藏著大量前所未知的新基因；同時，也為相關(guān)患者的遺傳咨詢及實現(xiàn)輔助生殖中的精準醫(yī)學實踐奠定了基礎。
