植入前胚胎停滞（Preimplantation embryo arrest，PREMBA）是导致辅助生殖反复失败的主要原因之一，表现为受精后第三天无法形成有效8细胞胚胎，或第五天无法形成囊胚。之前已知基因及机制集中于母源机制复合体成员突变及异常，且仅能解释少部分患者，那么PREMBA患者背后还隐藏着哪些未知的致病因素？是否存在新的分子机制？

2023年1月18日，复旦大学生物医学研究院桑庆、王磊和上海交通大学附属第九人民医院匡延平团队联合多家生殖中心在J Clin Invest杂志上以Research article形式发表题为“Karyopherin α deficiency contributes to human preimplantation embryo arrest”的文章（被JCI This Month作为亮点报道），利用基因负荷分析鉴定出新致病基因KPNA7，并通过一系列体内体外研究阐明了α核转运蛋白KPNA7缺陷导致PREMBA表型的分子机制，同时还探索了逆转表型的干预策略。J Clin Invest同期配发了由美国贝勒医学院Ignatia B. Van den Veyver教授撰写的评论（Take your mother’s ferry: preimplantation embryo development requires maternal karyopherins for nuclear transport），对研究进行了介绍。

首先，研究人员针对606名散发PREMBA患者及2813名正常生育女性的外周血DNA进行全外显子组测序，利用测序数据进行基于人群和基因的负荷分析，在10个不同患者中鉴定到新致病基因KPNA7存在recurrent突变，该基因编码核输入蛋白家族 karyopherin α成员之一。随后，研究者利用体外细胞系探究突变对KPNA7功能的影响。Pull-down及体外核转运实验表明突变会导致KPNA7结合与转运经典核定位信号（SV40TNLS）蛋白的能力降低。进一步，研究人员利用NCBI/Blastp及基因表达分析，筛选并验证出KPNA7在人卵子及早期胚胎中的特异底物RSL1D1。核转运实验发现，突变同样会严重影响KPNA7结合及转运RSL1D1入核的能力（图1）。

图1 致病基因筛选及核转运验证突变功能

 为体内探究突变致病机制及对KPNA7功能的影响，研究人员构建了Kpna7点突变及敲除小鼠，然而令人意外的是，两个鼠模型均无生育表型。通过对比人和小鼠之间同源蛋白表达差异及其与底物的结合能力，分析并验证发现小鼠卵子中KPNA2发挥了等同于人卵子中KPNA7类似的功能，展示了KPNA7在人与小鼠胚胎发育调控中具有不同作用（图2）。Kpna2基因删除小鼠表现为植入前胚胎停滞表型，精确模拟了人中KPNA7突变导致的胚胎停滞表型。进一步通过构建小鼠卵子中特异删除Rsl1d1的转基因小鼠同样模拟了胚胎停滞的表型。胚胎转录组测序显示胚胎停滞表型的出现是由于合子基因组激活失败所致。最后，研究人员探索了逆转表型的干预策略，通过显微注射人源KPNA7的mRNA可成功挽救Kpna2删除小鼠2-细胞阻滞的表型，且胚胎可以发育成囊胚。

图2 KPNA7突变致病机制模式图

 综上所述，研究人员利用基因负荷的遗传分析策略，发现了致病基因KPNA7并结合体内体外分析阐明了核转运蛋白缺陷导致人类植入前胚胎停滞的新机制（图2），进一步展示出人类胚胎发育调控机制的独特性；同时，成功探索了挽救表型的干预策略。该工作为植入前胚胎停滞患者的分子诊断、遗传咨询提供了新分子指标，并为未来患者的临床治疗提供了理论依据。

复旦大学生物医学研究院桑庆、王磊及上海交通大学附属第九人民医院生殖中心匡延平为通讯作者。复旦大学生物医学研究院博士后王文静（现就职复旦大学附属中山医院生殖中心）、日本国家生物医学创新、健康和营养研究所Yoichi Miyamoto、上海市生物医药技术研究院陈标榜、西北妇女儿童医院生殖中心师娟子、江苏省人民医院生殖医学中心刁飞扬和中信湘雅生殖与遗传专科医院郑伟为本文共同第一作者。

原文链接：https://www.jci.org/articles/view/159951