小鼠卵母细胞皮层囊泡中ZnT2/ZnT4介导的锌火花释放与透明带蛋白水解的细胞生物学机制

本研究针对哺乳动物受精过程中皮层颗粒释放锌火花（zinc sparks）和透明带（zona pellucida, ZP）蛋白水解的分子机制展开探索。研究人员通过基因编辑技术构建ZnT2/ZnT4双敲除小鼠模型，结合活细胞成像和高分辨率显微技术，首次揭示锌转运蛋白ZnT2/ZnT4在皮层囊泡中特异性富集锌离子并介导受精后锌火花释放，同时发现含锌囊泡与卵裂素（ovastacin）囊泡为独立群体。该研究为理解哺乳动物皮层颗粒异质性及多精受精阻断机制提供了新视角，论文发表于《iScience》。

　　

在哺乳动物繁殖过程中，受精卵如何精准阻断多精受精（polyspermy）是确保胚胎正常发育的核心问题。卵母细胞通过皮层颗粒（cortical granules）释放锌火花和蛋白酶卵裂素（ovastacin）来修饰透明带（ZP），但锌离子如何被特异地储存在皮层颗粒中，以及不同囊泡群体如何协同发挥作用，一直是未解之谜。美国国立卫生研究院国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所（NIDDK）的Omar José、Boris Baibakov和Jurrien Dean团队通过系统性研究，揭示了锌转运蛋白ZnT2和ZnT4在皮层囊泡中的独特作用机制。

研究采用基因编辑小鼠模型、活细胞锌成像（ZincBY-1/FluoZin-3）、高分辨率共聚焦显微镜和体外受精实验等技术。通过CRISPR-Cas9构建ZnT2^Null/ZnT4^Null双敲除小鼠，结合卵母细胞显微注射cRNA和免疫荧光标记，解析了锌储存与释放的分子路径。

ZnT2和ZnT4锌转运蛋白定位于卵母细胞皮层结构
系统筛选发现，8种ZnT家族成员中仅ZnT2和ZnT4特异性定位在皮层囊泡。共表达实验显示两者存在于同一囊泡但无异源二聚化（Pearson相关系数0.03-0.06），免疫染色进一步验证了这一空间分布特征。

锌与卵裂素储存在不同的皮层颗粒群体
转基因Ovastacin^mCherry小鼠实验表明，含锌囊泡（直径0.26±0.02μm）与卵裂素囊泡（0.30±0.01μm）89%不重叠。高分辨率成像发现仅11%囊泡同时含两种标记物，提示两者功能分化。

ZnT2/ZnT4缺失显著降低锌积累与火花释放
双敲除卵母细胞中锌积累减少85%，受精后锌火花强度下降（p<0.001）。但残留锌释放提示存在其他转运机制，且锌火花缺失不影响卵裂素对ZP2的切割（167^LADE170位点）。

锌火花缺失不增加多精受精风险
体外受精实验显示，ZnT2/ZnT4^Null卵的透明带周围精子数（0.75±0.09）与野生型（0.62±0.08）无差异。即使在Zp2^Mut（ZP2抗切割突变）背景下，锌火花缺失也未增加多精受精，但导致窝产仔数减少25%。

该研究首次阐明哺乳动物卵母细胞皮层颗粒存在功能分化的亚群：ZnT2/ZnT4囊泡负责锌储存与火花释放，而卵裂素囊泡独立执行透明带修饰。尽管锌火花对精子穿透透明带无直接抑制作用，但其可能通过调控卵母细胞周期或胚胎发育潜能影响繁殖效率。这一发现为理解受精生物学提供了新的理论框架，并为辅助生殖技术中胚胎质量评估提供了潜在标记物。研究同时揭示了皮层颗粒异质性的分子基础，为探索其他物种的生殖机制开辟了新方向。