综述：透明带糖蛋白遗传变异对生育力及辅助生殖技术结局的影响

本综述系统探讨了人透明带（Zona Pellucida, ZP）糖蛋白基因（hZP1、hZP2、hZP3、hZP4）单核苷酸多态性（SNPs）对女性生育力及辅助生殖技术（ART）结局的影响。通过荟萃分析发现，这些SNPs主要集中于对ZP聚合与结构完整性至关重要的Zona结构域（ZD），可能导致糖蛋白分泌异常、纤维形成障碍及空卵泡综合征（EFS）等临床问题，强调了ZP基因筛查对ART失败人群的重要意义。

　　

Abstract

辅助生殖技术（ART）如体外受精（IVF）和卵胞浆内单精子注射（ICSI）的成功高度依赖于卵母细胞的健康状态，而卵母细胞形态异常常导致ART失败。透明带（Zona Pellucida, ZP）作为卵母细胞外的特殊细胞外基质，在精子-卵子识别、物种特异性受精及植入前胚胎保护中起关键作用。本文通过荟萃分析发现，在接受不孕治疗的女性患者中，hZP1、hZP2、hZP3和hZP4基因分别存在47、17、8和2个SNPs，其中绝大多数位于调控ZP聚合与结构完整性的关键区域——zona结构域（ZD）。基于生物信息学工具的功能预测表明，这些SNPs可能导致ZP糖蛋白分泌异常、交联缺陷和纤维形成障碍，进而引发空卵泡综合征（EFS）或ZP变薄/缺失等表型，显著影响卵母细胞存活率和ART成功率。此外，这些变异还可能干扰卵泡发育过程（folliculogenesis）。本研究结果凸显了对ART失败女性（尤其伴ZP异常者）进行ZP基因筛查的重要性。值得注意的是，目前尚未在ZP2蛋白N端结构域（负责精子相互作用）中发现SNPs，提示该区域值得在形态正常但受精失败的卵母细胞中进一步探究。

Introduction

健康卵母细胞是女性生殖成功的关键因素，尤其在ART背景下。卵母细胞直径、形态和ZP厚度等形态学参数的异常已被确定为ART失败的潜在原因。ZP是哺乳动物卵母细胞外的特殊基质，其功能包括介导精卵识别、支持卵母细胞生长、实现物种特异性受精、阻止多精入卵并保护胚胎直至植入。人类ZP由四种糖蛋白（ZP1、ZP2、ZP3、ZP4）构成，这些蛋白在卵母细胞生长期间特异性表达并分泌至胞外空间，其中ZP2与ZP3形成异二聚体并聚合为纤维，ZP1和/或ZP4则参与交联。新近结构模型提示ZP2-ZP3异二聚体可能穿插ZP1/ZP4蛋白。基因敲除研究证实，Zp2或Zp3缺失会导致小鼠不育，Zp1缺失则导致生育力下降，而Zp4缺失对大鼠生育力无影响。

ZP蛋白共享多种结构特征：N端信号肽（SP）、zona结构域（ZD）、内部疏水片段（IHP）和C端前肽（CTP）。其中ZD包含ZP-N和ZP-C两个亚结构域，通过连接区（含IHP）衔接，其保守性对ZP蛋白聚合至关重要。ZP1和ZP4还额外具有功能未知的三叶草结构域。CTP中的furin酶切位点（CFCS）切割后解除EHP与IHP的互斥作用，驱动ZP蛋白聚合。近年研究发现，CFCS相邻的8个氨基酸疏水区才是分泌与组装的关键调控元件。

受精后ZP会发生理化性质改变：其溶解性下降、黏弹性增加，这一现象与ZP2切割后片段通过二硫键连接所致基质结构重塑有关，有助于防止多精入卵并保护胚胎。功能域研究表明，ZP1的ZP-N1结构域负责交联ZP2-ZP3纤维，ZP2的N端区域介导人类特异性精卵相互作用，ZP3的C端区域参与精子结合，ZP4则可能通过N1结构域参与精子结合或诱导顶体反应。这些功能单元的变异均可导致生育力障碍。

单核苷酸多态性（SNPs）可通过改变蛋白结构、调控与功能引发疾病。多项研究已在不孕患者中鉴定出ZP基因SNPs，本文通过整合现有数据并结合生物信息学工具预测其功能影响，为理解ZP变异与不孕的关联提供了系统视角。

Methods

本研究通过PubMed数据库检索截至2024年9月的文献，使用检索策略：("Zona Pellucida" OR ZP1 OR ZP2 OR ZP3 OR ZP4) AND (Mutation) AND (infertility)。纳入标准为针对女性不孕患者开展ZP基因SNP分析的研究。采用多种生物信息学工具（如SIFT、PolyPhen-2、PROVEAN、MutPred等）预测错义SNPs的功能影响，并通过Swiss-Model和PyMOL进行蛋白结构建模与可视化分析。

SNPs in the human ZP1 gene

在57名不孕女性中共发现47个hZP1基因SNPs，包括17个错义、12个无义、13个移码和5个内含子变异。多数患者为复合杂合突变（23/41），部分为纯合（14/41）或杂合（4/41）。生物信息学预测显示除Y81H和R109H外，所有错义SNPs均具有有害效应。

Conclusions

本研究发现hZP基因SNPs高度集中于zona结构域，其中hZP1基因变异数量最多，这与其在ZP结构完整性中的核心作用及研究样本偏好性（仅纳入ZP形态异常卵母细胞）有关。功能预测表明这些SNPs可能通过破坏ZP蛋白分泌、聚合或纤维组装导致女性不孕。建议对ART失败者开展ZP基因筛查，同时关注ZP2-N端等未发现变异的功能区域在受精障碍中的潜在作用。

Declaration of Competing Interest

作者声明无利益冲突。

Acknowledgments

研究感谢DST-SERB（SPG/2021/002635）的经费支持及CSIR为NR提供的资深研究员奖学金（09/254(0274)/2017-EMR-I）。