多伦多大学的研究人员揭示出了创造人类生命的初始步骤——人类精子与卵子之间的第一次相互作用。研究发现为更好地认识受精奠定了基础，可能促使开发出非激素类避孕药。

  多伦多大学实验室医学与病理学系教授Jeffrey Lee说：“我们提供了在快要受孕的时候卵子与精子分子互作的第一个原子水平3D图像。我们的模型描述了精子的Izumo1蛋白与卵子的Juno蛋白在融合位点互作的机制。这为开发出非激素类避孕药提供了一个蓝图。”

  这项研究发布在6月15日的《自然》（Nature）杂志上。

  2014年，来自韦尔科姆基金会桑格学院研究所（Wellcome Trust Sanger Institute）的研究人员发现，精子和卵子细胞表面一些相互作用的蛋白是创造哺乳动物生命的必要条件。这些称作Izumo1和Juno的蛋白质使得精子和卵子能够相互识别。这一研究结果发表在Nature杂志上（Nature讲述新故事：当精子遇到卵子）。

  以日本著名婚姻神殿命名的Izumo1，和以罗马神话中掌管婚姻和生育的女神而命名的Juno，尽管已知在受精中起重要的作用。然而，科学家们对于精子与卵子融合的确切方式却知之甚少——虽然它对于生殖医学至关重要。

  由于难以在实验室中生成稳定的蛋白质阻碍了研究这两种蛋白的结合机制。Lee和他的实验室通过利用昆虫细胞来生成这些蛋白解决了这一问题。随后，他们采用X射线晶体学重建出了这些蛋白质的三维结构。

  研究人员利用了加拿大国家同步辐射光源研究基地（Canadian Light Source）的X线衍射了人类Izumo1-Juno蛋白晶体。利用先进的计算算法，他们确定了蛋白质结构中每个原子的3D坐标，提供了一张构造蓝图——这使得他们能够看到蛋白质如何互作。

  研究小组发现Izumo1包含由一个铰链样结构连接的两个结构域，它在精子表面采用了一种回旋镖(boomerang)形状。论文的第一作者、Lee实验室的博士生Halil Aydin说：“或许最令人惊讶地是，Izumo1的构造完全不同于其他的病毒和细胞融合蛋白。”

  该研究小组证实，当Izumo1与Juno结合时会经历一种构象改变，放弃它的回旋镖形状。与加州大学圣地亚哥分校的研究人员一起，他们还发现结合后的Izumo1稳定在一个锁定的直立位置。

  结果表明，Izumo1和Juno之间的互作保守存在于人类和灵长类动物中，但在一些哺乳动物物种中有差异。“特异的人类Izumo1和Juno互作有可能为跨物种受精提供了额外的障碍，”Aydin说。

  研究人员还发现与许多科学家们认为的情况相反，人类Izumo1和Juno非常紧密地结合在一起。在受精后，卵子从其表面脱落下Juno分子。脱落Juno与Izumo1紧密的结合会阻止或中和新来的精子，防止一个以上的精子与卵子受精。

  Lee说还有许多有关精子与卵子融合的问题需要解答。尤其是，有哪些其他的蛋白对这一过程至关重要。到目前为止，对于许多细胞融合机制的认识一直都是建立在病毒与细胞融合机制的基础上。

  “对于我们来说阐明精子-卵子融合的确切机制，及了解生物学中各种融合过程相似或不同之处一定会是令人兴奋的工作。我们已为自己和其他的研究人员奠定了坚实的基础。这项纯粹的基础科学研究现在为其他的生物学家和临床研究人员开辟新的调查路线提供了指南。”

  埃默里大学生物学系主任L Hernault在线虫中研究精子蛋白质。他和其他研究人员在哺乳动物（包括人类）和线虫的受精之间建立了一种联系。考虑到这两种动物在十亿年前拥有共同的祖先，这真的是一项非常意外的发现。一些人认为，这一结论最终可能带来男性“避孕药”，并对精子和卵子受精的基本力学，提供新的见解。相关研究结果最近发表在2016年4月的《Current Biology》杂志上（Cell子刊：男性避孕药或将问世）。

  女性避孕药已经面世半个多世纪了，但男性避孕药却一直停留在实验室阶段。日前，科学家们用两种FDA批准药物靶标一种精子特异性蛋白，成功在雄性小鼠中实现了可逆性不育。这项发表在Science杂志上的重要研究，为男性避孕药带来了新的曙光（Science突破性成果：新型男性避孕药 ）。