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2023年磷脂酶PLCζ的生殖生物学作用及其在辅助生殖中的潜在价值

摘要

型结构域和C2结构域组成，通过经典磷脂酰肌醇4,5-二磷酸

号转导通路，特异性水解卵母细胞胞质内而非质膜上PIP2,引起卵母细胞

内Ca2+振荡，在激活卵母细胞、启动配子发育中起到不可替代的作用。

PLC(表达异常导致精子无法激活卵母细胞、与各类精子异常密切相关，最

终引起男性生育力低下甚至不育。综上，本文针对PLC的结构、生物学作

用以及PLC(异常导致的临床疾病及治疗进展相关的文献研究进行综述。

【关键词】生殖技术，辅助；不育，男性；磷脂酶Cζ;卵母细胞激活

胞中，在启动配子发育中起到关键作用。PLC(特异性定位于精子细胞的围

母细胞[1-5]。临床研究显示精子PLC(表达异常会导致精子激活卵母细

成功率，也与男性精子异常相关，是临床辅助生殖技术需要重点攻克的难

题[6-9]。

一.PLCζ的结构

最小、结构最简单的一员，通过经典PIP2→IP3+DAG信号转导通路引起

Ca2+振荡。PLC《由核心结构域与外周8个重复的β-折叠/α-螺旋序列组织

构域和1个位于其C端的C2结构域组成，但不存在PH和SH结构域，

因而成为PLC家族最小的亚型[11]。X和Y催化结构域借由一个短片

段XY连接体相连，XY催化结构域是PLC家族成员最为保守的结构域，

而PLC不同亚型之间的XY连接体差异却很大，并与PLC(的活性具有密

切相关：在PLCζ中，XY结构域主要负责PIP2的水解，而XY连接体携带

正电荷，与带负电荷的底物PIP2产生静电相互作用，有助于高效定位并

精卵结合后对卵母细胞中低Ca2+浓度进行反应，进而触发高频Ca2+振

荡以激活卵子。C2结构域的具体生物学作用尚不清楚，研究表明与结合

细胞膜磷脂相关[11]。PLC的结构与作用密切相关，以上结构使得PLC

母细胞、启动配子发育中起到不可替代的作用。

二.PLC(的生物学作用

1.PLC2在精子发生和成熟精子中的定位：在精子发生方面，2002年

研究表明PLCζmRNA的合成在小鼠精子发生的早期与晚期均存在。

Aarabi等[16]通过对睾丸组织中不同阶段的生精细胞进行免疫组织化

学染色，观察到小鼠PLC(出现于精子发生第Ⅲ期第3阶段的圆形精子细

胞的高尔基体顶体囊泡中；而在人类生精上皮周期中，Aarabi等[16]

研究表明PLCC出现于第Ⅱ期第2阶段的精子细胞的顶体囊泡中，并逐渐

从顶体颗粒转移至顶体基质，到第IV期，PLC(完全覆盖于顶体。由于不同

研究使用的免疫定位方案及多克隆抗体的差异，过去不同文献报道中PLC

(在睾丸细胞生精细胞中的特定定位模式存在差异，仍需进一步探索。

在成熟精子中，围核鞘也称为核周基质，是一种独特的细胞骨架样结

构，其本质是一种致密的细胞溶质蛋白层，位于顶体内膜与核被膜之间，

包裹着除了尾部植入区之外的精子细胞核。根据围核鞘的结构和组成成分

不同，分为亚顶体层和顶体后鞘[17-19]。研究表明在大部分物种的成

不同的亚细胞定位，在小鼠、仓鼠和猪精子中，PLC(主要位于顶体与围核

鞘；在马精子中，PLC被发现位于顶体赤道段、头中部和鞭毛中[8,20];

在具有生育能力的男性精子中,PLC(定位于顶体赤道部与顶体后区域[15,

观察，证实了人精子中PLC(定位于精子围核鞘的顶体后鞘，在获能后，

PLC(仍然位于顶体后鞘区域[23]。该定位有助于在精卵结合后，位于顶

体后鞘的PLCQ能够较早地暴露，激活卵母细胞[21]。

2.PLC?在卵母细胞激活中的作用及其机制：精卵结合后，受精卵会发

生一系列重要事件，包括Ca2+振荡、皮质颗粒释放、pH值增加以及成

熟促进因子和有丝分裂原活化蛋白激酶失活等。其中Ca2+振荡对于卵子

激活尤为重要，是引发其他事件发生的关键因素[4,12,24]。精子

与卵子结合后诱导卵子胞内Ca2+浓度升高,引起Ca2+瞬变或振荡[25]。

不同物种的卵母细胞激活的过程具有不同的振幅、持续时间及频率的

胚胎发育的启动至关重要[25,29-30]。

近年，大量实验证据表明，PLC(是目前唯一公认的精子来源的卵子激

触发卵母细胞发生特定的Ca2+振荡模式，激活卵子并诱导受精卵进入早

磷脂酶相似：通过直接参与磷酸肌醇信号转导途径，催化PIP2水解并产

发挥作用。PLCζ在精子中的浓度比受精卵中高1000倍以上，但却不具有

取物注射到小鼠卵中,则可以立刻诱导卵母细胞产生Ca2+振荡