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三种蛋白帮助精子（人工上色）与卵子结合。来源：D. Phillips/SPL

导读：

三个精子蛋白共同作用，成了帮助脊椎动物生育的“媒人”。

Heidi Ledford | 作者

自然系列 | 来源

摘得2024年诺贝尔奖的一个AI工具，揭示了精子与卵子之间分子“邂逅”的详细过程。

这个能预测蛋白质结构的AlphaFold程序，发现有三个蛋白质会一起作用，作为配子间的“媒人”。如果没有它们，大量动物（从鱼到哺乳动物）的有性繁殖可能都无法实现。

这一研究结果[1]驳斥了之前的一种观点：只要两个蛋白就足以完成受精，一个蛋白在卵子上，一个蛋白在精子上，未参与该研究的罗马第二大学的生殖生物学家Enrica Bianchi说，“现在不是一把钥匙一把锁开门的旧观念了，它更复杂了。”

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神秘的结合

虽然在生殖上具有关键作用，但卵子和精子在脊椎动物中的融合过程其实是个很难破解的分子谜题。这两个细胞的融合涉及位于油脂膜上的蛋白，所以用标准的生物化学方法很难研究。这些蛋白间的相互作用通常很弱，而且稍纵即逝，研究人员在他们常用的实验室动物（包括小鼠）体内很难获得足够数量的活卵子和精子，以开展大量实验。

正因为此，生殖生物学的早期研究往往更关注海洋脊椎动物，这些动物会向水中排出大量卵子和精子。“如果你从书架上拿本教科书，然后找受精的内容，你读到的基本都是海胆，”未参与该研究、英国约克大学生物化学家Gavin Wright说，“这个东西研究起来可不那么容易。”

为了解决供应的问题，维也纳分子病理学研究所的分子生物学家Andrea Pauli和她的同事开始了对斑马鱼的研究，斑马鱼是也会向水中排泄卵子和精子的脊椎动物。为了克服在实验室研究膜蛋白的困难，团队利用AlphaFold预测蛋白之间的相互作用。AlphaFold的两位开发者在10月9日共同获得了2024诺贝尔化学奖。

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不是二个，是三个

AlphaFold预测有三个精子蛋白会一起形成一种复合物。其中两个蛋白已知对受精很重要。Pauli和她的同事在实验室研究中确认了第三个蛋白对斑马鱼和小鼠的受精也很关键，而且这三种蛋白会在斑马鱼和人类精子中相互作用。

团队还发现，在斑马鱼中，这三个蛋白能为名为Bouncer的卵子蛋白创造一个结合位点，从而提供一种机制，让两个细胞互相识别。“这是在用一种方式说，‘精子，你找到卵子了’以及‘卵子，你找到精子了’。”该论文共同作者、维也纳分子病理学研究所的生物化学家Andreas Blaha说。

将来或在该结果基础上发明一种筛查不孕症的方式，查明这个复合物的问题是否是原因，Wright说。

研究结果显示出AlphaFold对研究受精的重要作用，

他说，“实验手段是有限的，这些模型研究今后可能会成为中流砥柱。”

参考文献：

[1]Deneke, V. E. et al. Cell https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.035 (2024).

原文以AlphaFold reveals how sperm and egg hook up in intimate detail标题发表在2024年10月17日《自然》的新闻版块上，2025年2月18日首发于微信公众号“自然系列”，赛先生获授权转载。

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doi:10.1038/d41586-024-03319-z