人类正常生命诞生需要卵子与精子受精形成合子，随后合子开始分裂发育成胚胎。临床有部分进行试管婴儿的患者表现为卵子受精后合子不分裂（合子分裂失败），进而导致反复试管婴儿失败及不孕。合子分裂失败这一表型在临床中时有遇到，但其是否是孟德尔遗传病以及背后的遗传因素却一直未知。

近日，复旦大学生物医学研究院副研究员桑庆、教授王磊联合中信湘雅生殖与遗传专科医院教授林戈以及国内多家生殖中心的最新研究成果揭晓了上述问题的答案。研究发现了导致人类合子分裂失败的第一个突变基因BTG4，并通过一系列体外、体内研究，揭示了BTG4突变导致合子分裂失败的致病机制。该研究证实了合子分裂失败为人类新孟德尔隐性遗传病，为将来此类患者的基因诊断与治疗奠定了理论基础。6月4日，相关研究成果以《BTG4的纯合突变导致合子分裂失败引起女性不孕》（“Homozygous Mutations in BTG4 Cause Zygotic Cleavage Failure and Female Infertility”）为题在线发表于国际著名遗传学杂志《美国人类遗传学杂志》(The American Journal of Human Genetics)。

在本研究中，研究团队在表型均为典型合子分裂失败的四个家系中发现了BTG4的纯合突变，其中一名患者携带BTG4的纯合错义突变（家系1），其余三名患者均携带功能性丧失性的纯合突变（无义、起始密码子缺失或移码，家系2-4）(图1)。

图1 四个合子分裂失败家系中发现BTG4的纯合突变

已有研究显示，BTG4蛋白可以招募CNOT7调控母源mRNA降解，其在母源合子转换过程中发挥重要功能。体外研究显示，三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（p.Ala56Thr）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的相互作用完全丧失（图2）。通过对患者合子进行RNA-seq分析发现，患者合子中有大量母源性mRNA的累积，进一步说明BTG4突变导致患者合子中的母源mRNA降解发生异常。另外，通过对比合子中oligo(dT)和随机引物反转录产物中相关基因表达量的比值显示，患者合子中该比值显著高于对照组，间接说明BTG4突变影响了患者合子中母源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。

图2 突变影响BTG4本身蛋白表达以及其与CNOT7的相互作用

本研究发现合子分裂失败为人类新孟德尔疾病，并发现了致病基因BTG4及机制，为相关患者的遗传咨询、分子诊断及个体化干预提供理论基础。值得一提的是，这是王磊、桑庆团队一周内第二次在《美国人类遗传学杂志》发表重要成果，5月29日该团队报道发现人类卵子成熟障碍新致病基因TRIP13。

桑庆与林戈为本论文的共同通讯作者。中信湘雅生殖与遗传专科医院郑伟博士，复旦大学生命科学学院周舟博士，广东省第二人民医院生殖医学中心沙倩倩博士，广西壮族自治区生殖医院牛向丽医生、上海集爱遗传与不育诊疗中心孙晓溪主任以及西北妇女儿童医院生殖中心师娟子主任为共同第一作者。该研究得到了复旦大学生物医学研究院教授王磊、浙江大学生命科学研究院教授范衡宇的指导与帮助。

近年来，王磊、桑庆团队联合其他研究者已发现了人类早期生殖过程中的5种新孟德尔疾病，10个新致病基因，并明确了部分基因的致病机制。成果相继发表于N Engl J Med (2016),Science Transl Med(2019), Am J Hum Genet(2016, 2017, 2018, 2020a,2020b)等国际高水平杂志，为相关患者的遗传咨询及实现辅助生殖中的精准医学实践奠定了基础。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2020.05.010