卵子成熟障碍、受精失败与早期胚胎发育阻滞是由包括遗传学因素在内的多种因素所导致。首例人卵线细胞成熟障碍被报道已有30年历史，直到近年来，卵母细胞成熟障碍的致病基因和分子机制在人类和小鼠模型中被广泛认识。

卵子成熟障碍与受精失败的相关致病基因

1.PANX1基因

PANX1基因（OMIM：608420）编码的蛋白质属于Pannexin（PANX）家族。该家族由PANX1、2、3三个成员组成，是形成细胞之间连接的重要离子通道，它们控制的信号通路在细胞正常生理作用中发挥关键的作用。

2019年首次报道了一种导致女性不孕及试管婴儿反复失败的全新临床表型：某些患者卵子取出体外放置一段时间或受精后一段时间，出现退化凋亡的现象，将其命名为“卵子死亡”。卵子死亡不仅是一种新的孟德尔遗传病及糖基化疾病，还是首个离子通道PANX家族成员异常的疾病。

PANX1基因突变呈现的是遗传自父亲的常染色体显性遗传模式。PANX1基因不同类型的突变会导致不同的临床表型：

：*杂合突变的患者，大部分卵母细胞取出后逐渐退化，在体外培养后未受精即死亡；

：杂合突变表现出的表型最为严重，大部分卵母细胞在取出时已死亡；

：和：_23delTEP杂合突变的患者，MII期卵母细胞大部分在受精后才死亡。

研究显示，卵子死亡的表型与突变剂量效应有关，且受精后的卵母细胞更容易受到PANX1基因突变的影响。PANX1为糖基化蛋白，以3种糖基化模式存在：非糖基化蛋白（GLY0）、高甘露糖糖蛋白（GLY1）和完全成熟的糖蛋白（GLY2）。PANX1基因突变可能会影响糖基化模式，并通过一种涉及蛋白质错误折叠的机制产生突变GLY1，引起PANX1通道异常激活，加速卵子内部ATP释放，最终导致卵子死亡。

2.PATL2基因（OMIM：614661）

PATL2是酿酒酵母pat1的同源物，是一种mRNA结合蛋白。PATL2在人和小鼠卵母细胞中的初级卵泡期就开始表达，而在GV晚期表达减少。PATL2可以抑制卵母细胞mRNA翻译，并且在爪蟾的卵母细胞中过表达PATL2可导致卵母细胞发育阻滞。

2017年首次报道PATL2基因是导致卵子GV期阻滞的基因。患者表型的严重性与PATL2基因突变的严重性呈正相关：

PATL2基因纯合无义突变（*），80%人卵母细胞表现为GV期阻滞表型，

的位点突变的患者卵母细胞中，GV期阻滞表型比例仅为6%。

PATL2基因突变在细胞水平破坏蛋白的功能，在患者的卵子及颗粒细胞中均导致蛋白显著降解。在PATL2基因敲除的小鼠模型中，一些与卵母细胞成熟和早期胚胎发育相关的基因表达显著下降，导致雌性小鼠卵母细胞和胚胎发育阻滞，生育力下降。

PATL2是重要的母源调节因子，通过调节RNA结合蛋白表达、干扰卵母细胞成熟过程中的RNA积累，从而影响卵母细胞成熟和早期胚胎发育。PATL2基因不同类型的突变会导致不同的临床表型，包括卵母细胞GV期阻滞、MI期阻滞、受精失败和早期胚胎发育阻滞。目前已报道的PATL2基因突变中约70%的PATL2致病突变集中在PATL2蛋白的PAT1结构域，PAT1结构域负责mRNA的结合。

3.TRIP13基因（OMIM：604507）

TRIP13基因又称16E1BP基因，TRIP13基因编码产生AAA-ATPase蛋白，其不仅在减数分裂染色体配对重组中发挥着重要作用，而且是有丝分裂纺锤体检验点的关键组成部分。TRIP13是HORMA蛋白的负调控因子，HORMA蛋白包括HORMAD1和HORMAD2。TRIP13是小鼠完成减数分裂遗传重组所必需的，它通过将HORMAD2从突触染色体轴上移除中发挥关键作用。

TRIP13基因突变可降低TRIP13及其下游HORMAD2的表达，进而导致卵子MⅠ期阻滞。TRIP13基因不同突变类型会引起其蛋白剂量水平的变化，导致其在减数分裂与有丝分裂中有不同改变，最终导致不同表型的发生。2

纯合无义突变：*及纯合剪切突变导致Wilms肿瘤，同时突变患者永生化细胞中的染色体分离出现异常；

纯合错义：和复合杂合突变（c.‍518GA：p.‍Arg173Gln；：）（：；：）可导致人类卵子MⅠ期阻滞，且纯合错义突变患者永生化细胞中的染色体不存在异常。通过给予突变患者的卵子体外注射一定剂量的野生型TRIP13cRNA，可使卵子成功排出第一极体，为未来开展临床基因治疗奠定了基础。

4.TUBB8基因（OMIM：616768）

TUBB8基因编码的蛋白质为卵母细胞和早期胚胎的初级微管蛋白亚单位。TUBB8只在卵母细胞和早期胚胎中表达。

2016年，报道了第一个人类卵子MⅠ期成熟阻滞致病基因TUBB8，并证明TUBB8基因所致的人类卵子MⅠ期成熟阻滞为一种新的孟德尔显性遗传病。

TUBB8基因突变呈现的是遗传自父亲的常染色体显性遗传模式和新发突变，具有显性负相关效应。TUBB8基因突变会影响α/β-微管蛋白异源二聚体的折叠和组装，干扰培养细胞中微管网络的形成，影响酵母微管的动力学，并破坏小鼠和人卵母细胞纺锤体的组装，从而引起卵母细胞成熟障碍。

TUBB8定位于纺锤体中。注射野生型TUBB8RNA的卵母细胞，在胚泡破裂大约12h后形成正常的成熟卵母细胞，而注射任何一种突变的TUBB8RNAs导致卵母细胞成熟障碍，并且形成畸形的纺锤体。目前TUBB8基因突变能解释30%左右的卵子MⅠ期阻滞患者，但仍有大量患者原因不明，提示存在其他致病基因。

TUBB8基因不同类型的突变会导致不同的临床表型，包括卵子MⅠ期成熟阻滞、受精失败、早期胚胎发育阻滞等。

5.CDC20基因（OMIM：603618）：

CDC20（细胞分裂周期蛋白20）是有丝分裂过程中后期促进复合物/环质体（APC/C）的共激活因子，是调节纺锤体组装检验点的重要靶向分子。在卵母细胞中，CDC20激活APC/C是同源染色体分离和从MI期向MⅡ期转化的关键步骤。因此，CDC20在有丝分裂以及减数分裂中均发挥重要作用。在小鼠中，与GV期和MⅠ期卵母细胞以及早期胚胎相比，Cdc20在MⅡ期卵母细胞中表达最高。

2017年报道CDC20基因的R383C突变可导致男性特发性非梗阻性无精子症。随后，在2个女性卵子MⅠ期阻滞的近亲家系中发现了CDC20基因的不同纯合错义突变（：和：），随后又在3个表现为受精障碍及早期胚胎阻滞的不孕家系中发现了3个CDC20复合杂合突变（：；：*）（：；_814insAGTG：*24）（：；_1179delTCTG：*）。

研究显示，CDC20基因突变可导致CDC20蛋白表达降低以及蛋白截短，同时导致下游cyclinB1的异常积累。在小鼠卵子内，Cdc20无义及移码突变影响Cdc20的正常着丝粒定位。小鼠卵子内源性敲除Cdc20会造成MⅠ期阻滞，与野生型相比，突变型cRNA对小鼠卵子MⅠ期阻滞表型回补能力显著降低。以上均提示，突变会引起蛋白剂量降低、着丝粒定位丧失以及MⅠ阻滞表型回补能力降低，导致突变后在减数分裂过程中无法正常发挥生理功能，最终导致卵子及胚胎发育异常。研究显示CDC20基因突变引起蛋白降低等现象均具有剂量依赖性。

6.WEE2基因（OMIM：614084）

WEE2又称Wee1B，是一种蛋白质酪氨酸激酶，参与控制细胞周期进展。2018年，证明了WEE2双等位基因突变导致人类卵子受精障碍。在4例受精障碍患者中发现WEE2基因存在不同的纯合突变：错义突变（：）和移码突变（：*39；_223delAAAG：*6；_1007insTA：*24）。

成熟促进因子（maturationpromotingfactor，MPF）是细胞周期蛋白依赖性激酶CDC2和调节性细胞周期蛋白cyclinB的复合物，其失活对于卵母细胞MⅡ期的受精至关重要。研究证明，WEE2基因突变通过破坏CDC2及WEE2蛋白自身的磷酸化使得MPF活性升高，进而导致MⅡ期受精失败，与之前Wee2基因在小鼠卵子中的功能一致。类似于CDC20突变患者，在1例WEE2基因突变患者的卵子ICSI同时注射一定剂量的野生型WEE2-cRNA，使得卵子成功受精，并产生了基因组水平相对正常的囊胚，探索了潜在的分子干预方法，为未来开展临床基因治疗奠定了基础。

胚胎发育异常的相关致病基因

1.BTG4基因（OMIM：605673）

BTG4基因是PC3/BTG/TOB生长抑制基因家族的成员。BTG4基因具有抗增殖特性，可诱发G1阻滞。

2020年，首次研究报道了BTG4基因突变可导致人类合子分裂失败（ZCF）。典型ZCF的四个家系中发现BTG4基因的纯合突变，其中1例患者携带BTG4基因的纯合错义突变：，其余3例患者均携带功能性丧失性的纯合突变：无义突变：、起始密码子缺失：p.？、移码突变_478del：。

BTG4蛋白可以招募CNOT7调控母源mRNA降解，并在母源合子转换过程中发挥重要功能。研究报道，3个功能丧失性突变均导致正常BTG4蛋白的表达完全缺失，纯合错义突变（）虽然不影响BTG4蛋白的正常表达以及其在患者合子中的表达与分布，但使得BTG4蛋白与CNOT7的相互作用受到明显影响。进一步研究证明，BTG4基因突变可影响患者合子中母源mRNA的去腺苷化，进而导致大量母源mRNA未被正常降解，最终导致合子分裂失败。

2.CHK1基因（OMIM：603078）

CHK1基因又称CHEK1，进化上高度保守的DNA损伤反应与细胞周期检查点保证了基因组的稳定性，细胞周期检查点激酶1（checkpointkinase1，CHK1）在其中起关键作用。CHK1是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，调控着细胞周期的G2/M期转换。当基因组受损或者DNA复制受阻时，CHK1第345位丝氨酸磷酸化后被激活，发挥DNA损伤检查点与复制检查点的功能。Chk1基因在哺乳动物早期胚胎发育过程中有重要作用。研究显示，CHK1在受精卵阶段以及受精前后阶段相对高表达，推测其在受精阶段可能发挥重要作用。

突变的Chk1基因同样造成了半数以上小鼠受精卵第一次有丝分裂的阻滞，且体外纯化的突变体CHEK1激酶活性比野生型CHEK1稍高。

3.KHDC3L基因（OMIM：611687）

KHDC3L基因又称ECAT1或C6orf221，它编码的蛋白属于KHDC1家族，该家族成员含有一个非典型KH结构域，可能不像典型KH结构域那样结合RNA。KHDC3L基因在卵母细胞中特异性表达，最近的研究表明，它可能在卵母细胞中起调节基因组印记的作用。据报道，皮质下母源复合体（SCMC）由PADI6、TLE6、KHDC3L、OOEP、NLRP2和NLRP5组成。其中一些基因PADI6、TLE6、NLRP2和NLRP5的突变已报道与早期胚胎发育阻滞有关。

研究报道，KHDC3L基因突变也可导致复发性流产和复发性双亲本完全葡萄胎。

4.REC114基因（OMIM：618421）

REC114基因编码的蛋白与小鼠减数分裂重组蛋白Rec114同源，大多数雄性哺乳动物中的性染色体只有一个很小的同源片段，这段区域被称为假常染色体区（PAR），PAR区域正确发生DNA双链断裂、配对以及交换才能确保减数分裂的正常进行。PAR区域高度富集REC114、MEI4、MEI1、ANKRD31以及IHO1，并且这5个蛋白在减数分裂前期I与几个点状结构共定位。5个蛋白与基因组上广泛的DNA双链断裂相关，REC114参与减数分裂过程中启动同源染色体重组的双链断裂的形成。Rec114基因缺失突变小鼠在精子发生和卵子发生方面都存在缺陷。如果卵母细胞联会过程延迟，卵母细胞会出现类似于PAR区域中DNA双链断裂的高频发生的现象。

通过体外实验研究显示，剪接突变体+5GA导致转录本异常，REC114基因部分或完全功能障碍可能导致异常DNA双链断裂，导致异常的染色体配对和重组，进而引起染色体错位，最终导致异常受精和早期胚胎发育阻滞。

受精失败和胚胎发育阻滞的相关男性致病基因

1.ACTL7A基因（OMIM：604303）ACTL7A基因编码的蛋白是肌动蛋白相关蛋白家族（actin-relatedproteins，ARPs）的一员，与传统的肌动蛋白具有相同的重要氨基酸序列。ARPs参与多种细胞过程，包括囊泡运输、纺锤体定向、核迁移和染色质重塑。ACTL7A基因在人类多种组织中表达，但其确切功能尚不清楚。

男性遗传因素导致早期胚胎停育的首个突变基因ACTL7A基因，该研究来自一个兄弟两人均为病因不明的近亲家系，兄弟两人均为原发性不育症，临床检查结果显示两人的精子形态学和精液常规都表现正常，女方各项检查也都正常，但经过多次ART治疗，均呈现胚胎发育停滞，无有效胚胎可用，最后都通过供精IVF的方式，获得了健康后代。推测可能是单纯的男方因素而导致的早期胚胎停育和不孕症。

ACTL7A基因突变导致顶体缺陷，进而引起PLCζ表达量和分布的改变，导致早期胚胎发育阻滞。辅助卵子激活（AOA）可用于帮助ICSI后受精失败的个体。通过利用氯化锶进行了ICSI-AOA，成功使突变小鼠精子与卵子受精并发育成囊胚，经胚胎移植后生育健康子代。为未来在ART过程中开展此类患者的助孕治疗提供了重要的临床依据。

2.ACTL9基因（OMIM：619251）