PRAMEY 基因调控牛精卵结合及胚胎表观遗传动态的研究

为探究牛不育问题中遗传因素的作用，研究人员聚焦 Y 连锁基因 PRAMEY，通过 IVF 实验结合抗体抑制技术，发现 PRAMEY 抑制可增强精卵结合，降低早期胚胎 DNA 甲基化（5-mC）及 H3K27me3 甲基化水平，为解析牛生殖机制提供新视角。

　　

在畜牧业领域，牛的不孕和生育力低下是影响繁殖效率的重要挑战，尤其与遗传因素密切相关。其中，牛 Y 染色体连锁基因家族 PRAMEY 因其在生殖细胞形成、受精和胚胎发育中的潜在作用，成为备受关注的候选基因。然而，PRAMEY 在精卵相互作用及早期胚胎表观遗传调控中的具体机制尚不清楚，制约了对牛繁殖障碍的深入理解和干预手段的开发。

为填补这一知识空白，美国宾夕法尼亚州立大学（The Pennsylvania State University）的研究人员开展了相关研究。他们以牛为模型，利用体外受精（IVF）技术结合 PRAMEY 抗体抑制实验，系统分析了 PRAMEY 对精卵结合效率、精子顶体完整性以及胚胎 DNA 甲基化（5 - 甲基胞嘧啶，5-mC）和组蛋白甲基化（H3K9me3、H3K27me3）动态的影响。研究成果发表在《Cell and Tissue Research》，为揭示牛受精及胚胎发育的分子机制提供了关键数据。

研究采用的主要技术方法包括：

1. 体外受精与抗体处理：使用 PRAMEY 抗体（5 μg/mL）或兔 IgG 处理牛精子，与成熟卵母细胞共培养，在受精后不同时间点（2、4、6 小时）评估精卵结合情况和顶体完整性。

2. 免疫荧光染色：通过荧光标记的豌豆凝集素（FITC-PSA）染色检测精子顶体反应，利用抗 5-mC、H3K9me3 和 H3K27me3 抗体结合荧光二抗，分析受精卵及胚胎的甲基化水平。

3. 图像分析与统计：运用 ImageJ 软件量化荧光强度，采用单因素方差分析（ANOVA）和 Tukey 事后检验比较组间差异，验证实验结果的统计学意义。

研究结果

1. PRAMEY 抑制增强精卵结合效率

在受精后 2、4、6 小时，PRAMEY 抗体处理组的单卵精子结合数均为对照组（兔 IgG）的约 2 倍，其中 6 小时时差异显著（P≤0.05）。顶体完整性分析显示，两组精子顶体反应率（AR）随时间增加，但组间无显著差异（P>0.05），表明 PRAMEY 主要影响精卵结合而非顶体反应过程。此外，PRAMEY 抑制组的胚胎 cleavage rate 显著高于对照组，尤其在 4 细胞阶段差异显著（P≤0.01），提示其对早期胚胎发育的促进作用。

2. PRAMEY 调控胚胎 DNA 甲基化动态

在受精后 10 小时，PRAMEY 抗体处理组的父源原核 5-mC 水平显著低于对照组（P≤0.01）；25 小时时，母源原核甲基化水平亦显著降低（P≤0.01）。其他时间点（13、16、20 小时）及胚胎发育阶段（2 细胞至囊胚）的 DNA 甲基化无显著差异。研究观察到父源基因组在 10-16 小时经历主动去甲基化，随后重新甲基化，母源基因组则在 16-25 小时启动甲基化重建，符合已知的表观遗传重编程模式。

3. PRAMEY 影响组蛋白甲基化模式

组蛋白甲基化分析显示，H3K9me3 甲基化在各组间无显著差异，但 PRAMEY 抑制组的 H3K27me3 甲基化在 8 细胞和桑葚胚阶段显著低于对照组（P≤0.05）。对照组的 H3K27me3 呈现去甲基化 - 重新甲基化的典型动态，而处理组的波动模式提示其表观遗传调控异常，可能与多梳蛋白复合体（PRC2）介导的转录抑制通路相关。

研究结论与意义

本研究首次证实 PRAMEY 在牛精卵结合及早期胚胎表观遗传调控中的双重作用：

• 精卵相互作用层面：PRAMEY 可能通过抑制过度的精子附着维持生理状态下的精卵结合平衡，其抑制可显著提升结合效率，虽伴随多精入卵风险增加，但为辅助生殖技术优化提供了潜在靶点。

• 表观遗传调控层面：PRAMEY 通过影响父源和母源基因组的 DNA 甲基化重编程，以及 H3K27me3 修饰动态，调控胚胎基因组激活（EGA）前的染色质状态，揭示了精子来源因子对早期胚胎发育的远程调控机制。

研究结果不仅深化了对牛繁殖生物学的理解，也为解析哺乳动物受精及胚胎发育的表观遗传机制提供了跨物种参考。未来可进一步探索 PRAMEY 调控的下游信号通路（如视黄酸通路）及其与生殖疾病的关联，为牛繁殖效率提升和人类不孕诊疗提供理论依据。