今天给大家解读一篇3月发表在《EMBO Molecular Medicine》上的题目为“Characterization and therapy of fertilization failure in murine and human models with HNRNPR mutations.”的文章。本研究系统报道了HNRNPR突变导致男性不育的发现、机制与治疗。通过对IVF/ICSI反复失败的患者进行遗传学分析，发现了HNRNPR的致病性突变。构建的对应点突变敲入小鼠模型表现出与患者一致的不育表型。机制研究发现，突变破坏了hnRNPR以m6A依赖的方式调控Plcz1正确剪接的功能，导致精子中PLCζ的表达量下降和定位异常，从而使精子无法触发卵母细胞内的钙振荡。研究最终通过人工卵母细胞激活（SrCl₂）和重组PLCζ蛋白治疗，成功在人和小鼠模型中恢复了受精与胚胎发育。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！
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题目：《HNRNPR突变小鼠和人类模型中受精失败的特征分析及治疗》Characterization and therapy of fertilization failure in murine and human models with HNRNPR mutations
发表期刊：EMBO Molecular Medicine
影响因子：8.3
研究背景：
卵母细胞激活是受精和胚胎发育的关键步骤，由精子触发的持续性钙振荡驱动，而PLCζ是精子中引发钙振荡的核心因子。尽管已知一些基因（如ACTL7A, IQCN）突变可通过影响PLCζ导致受精失败，但多数精子源性卵母细胞激活失败的遗传病因和分子机制仍不清楚。RNA结合蛋白在精子发生中调控转录后过程的作用日益凸显，但其是否调控PLCζ尚属未知。临床上，人工卵母细胞激活是克服此类失败的一种策略。
研究思路：
- 临床发现与遗传定位
从临床IVF/ICSI反复失败但经AOA成功的病例入手，利用全外显子组测序在三个家系中鉴定出HNRNPR突变。 - 动物模型验证
构建携带人类对应突变的Hnrnpr敲入小鼠，验证其不育表型及对IVF/ICSI无反应、但对AOA有反应的特征。 - 表型与机制初探
确认突变小鼠精子形态异常，并通过钙成像证明其精子无法诱导卵母细胞钙振荡。 - 关键因子搜寻
通过转录组、蛋白组和单细胞测序分析，发现突变精子中PLCζ的表达和定位均出现异常。 - 分子机制深挖
结合RNA-seq、RIP-seq和m6A-seq等多组学分析，阐明hnRNPR以m6A依赖的方式调控Plcz1 mRNA剪接的机制。 - 治疗策略探索与验证
分别针对精子活力缺陷（使用EVs-SKAP2）和卵母细胞激活缺陷（使用SrCl₂ AOA或重组NusA-PLCζ蛋白），测试并验证其恢复受精和生育能力的效果。
研究亮点：
- 临床与机制紧密结合
从反复IVF/ICSI失败的临床病例出发，通过遗传学分析锁定致病基因，并利用基因敲入小鼠模型完美重现了人类表型，确立了因果关系。 - 机制解析深入
超越了单纯的基因与表型关联，深入揭示了RNA结合蛋白通过转录后剪接调控来影响精子功能的全新分子路径（HNRNPR-m6A-Plcz1剪接-PLCζ-钙振荡）。 - 治疗策略双重验证
不仅验证了现有临床方法（SrCl₂ AOA）对本病患的有效性，还创新性地开发并验证了两种潜在治疗策略（EVs-SKAP2改善精子活力和重组PLCζ蛋白微注射），为转化医学提供了直接依据。
研究结果：
- 临床遗传发现
在三个不育家系中发现了HNRNPR的纯合或复合杂合错义突变，患者精子形态和活力异常，其配偶经SrCl₂ AOA治疗后成功受精并妊娠。 - 小鼠模型表型
Hnrnpr敲入雄性小鼠完全不育，精子数量和睾丸重量正常，但活力低下、形态异常（顶体发育缺陷、核畸形）。其精子同样无法通过常规IVF/ICSI受精，但SrCl₂ AOA可成功挽救。 - 钙振荡异常
突变精子进行ICSI后，无法在卵母细胞内诱发正常的钙振荡，表明卵母细胞激活失败的直接原因是钙信号缺陷。 - PLCζ表达与定位异常
在人和小鼠的突变精子中，PLCζ的蛋白表达量显著下降，且在精子中的亚细胞定位发生错误。 - 核心分子机制
hnRNPR作为剪接调控因子，其突变导致睾丸中发生广泛的异常剪接事件。其直接结合Plcz1前体mRNA，并通过m6A依赖的方式调控其正确剪接。功能丧失导致Plcz1剪接异常，进而造成PLCζ蛋白减少。 - 治疗策略有效
- AOA
SrCl₂处理能有效恢复突变精子受精后的钙振荡、原核形成及胚胎发育。 - 基因治疗策略
EVs-SKAP2处理能改善突变精子的活力，但与SrCl₂联用才能实现高效受精并产下后代。 - 蛋白替代治疗
ICSI后向卵母细胞注射重组NusA-PLCζ蛋白，能有效挽救受精和胚胎发育。
研究总结：
本研究得出结论：HNRNPR突变是导致精子源性卵母细胞激活失败和男性不育的一种新遗传病因。其致病机制在于破坏了对Plcz1 mRNA的m6A依赖性剪接调控，从而导致PLCζ缺乏和钙振荡失败。
讨论部分指出，该发现将RNA剪接调控与受精关键事件联系起来，强调了转录后调控在男性生育力中的重要性。在治疗上，研究证实了SrCl₂ AOA对本病患的临床有效性，也展示了重组PLCζ蛋白治疗的潜力。这些发现为开发基于基因诊断的精准辅助生殖策略（如针对PLCζ缺陷的特异性AOA）奠定了科学基础。同时，研究也指出未来需要关注此类干预措施的长期安全性。
结果译文：
1.HNRNPR基因突变导致卵子激活失败和男性不育
我们对572例弱畸精子症患者组成的队列进行了临床研究，重点关注了三名在接受体外受精和卵胞浆内单精子注射后均经历受精失败的患者。值得注意的是，使用SrCl₂的人工卵子激活成功挽救了这些患者的受精失败（图1A）。共有75%（12/16）的卵子成功受精，50%（6/12）的受精卵发育成优质胚胎（图1B；表EV1）。在移植了三枚高质量胚胎后，患者的伴侣成功妊娠。为了阐明观察到的卵子激活失败的遗传基础，我们进行了全外显子组测序。在一个近亲婚配家系的两名受累兄弟中鉴定出HNRNPR的纯合错义变异（c.1540G > A），并在一个非近亲婚配家系的一名先证者中鉴定出复合杂合错义变异（c.1280A > C和c.1369G > A）（图1C）。使用SIFT、PROVEAN、CADD和MutationTaster进行的计算机分析预测所有三个变异均为有害。此外，PhastCons和phyloP保守性分析显示这些位点的核苷酸高度保守（图1D）。为了评估鉴定出的HNRNPR变异的功能后果，计算机辅助精子分析显示患者的精子浓度在正常范围内；然而，活力和形态正常精子的比例显著降低（图EV1A；表EV2）。扫描电子显微镜显示两名受累个体存在结构异常，包括精子头部呈锥形或变细以及鞭毛弯曲（图EV1B）。透射电子显微镜进一步显示精子鞭毛的中段、主段和末段中特征性的“9+2”微管排列被破坏（图EV1C）。定量分析证实与HNRNPR突变相关的精子头部异常和鞭毛缺陷均显著增加（图EV1A；表EV2）。
2.Hnrnpr突变导致卵子激活失败和男性不育
3.精子中的Hnrnp突变导致卵子内钙振荡异常
4.ICSI后卵子中的异常RNA转录本及单倍体精子细胞中的PLCζ表达
为了阐明精子Hnrnp突变导致卵子激活失败的分子机制，我们首先在ICSI后进行了Smart-seq转录组分析（图4A）。比较分析显示，WT和KI卵子之间在ICSI后有261个差异表达基因，而在KI-ICSI和KI-ICSI+AOA组之间有278个差异表达基因（图4B,C）。Venn图分析鉴定出81个重叠的DEGs，基因本体论富集表明这些基因主要与钙稳态和受精通路相关（图4D,E）。这些结果表明精子中Hnrnp的破坏损害了卵子中的转录反应，这对卵子激活至关重要。由于精子中存在Hnrnp突变，我们进一步对WT和Hnrnpr敲入小鼠的睾丸进行了单细胞RNA测序。该分析鉴定了16个不同的细胞簇，使用标志基因将其分为六个主要细胞群体，且这些簇的转录谱在WT和KI睾丸之间大体相当（附录图S3A-E和S4）。定量分析证实整体细胞类型比例也没有显著改变（附录图S3F）。UMAP可视化和标志基因表达分析进一步验证了细胞类型的正确注释。值得注意的是，在单倍体精子细胞中，KI小鼠中Plcz1的表达显著降低（图4F）。为了支持这些转录组学发现，我们对人和小鼠的附睾精子进行了定量蛋白质组学分析。在人类中鉴定出145个差异表达蛋白，在小鼠中鉴定出201个，其中98个蛋白在两个物种中共有（图4G）。这些DEPs的GO分析显示受精相关过程显著富集。重要的是，转录组学和蛋白质组学分析均一致显示KI组中PLCζ显著下调（图4H-K）。通过小提琴图在scRNA-seq数据集中可视化Plcz1表达，确认了KI小鼠单倍体精子细胞中表达降低（图4H）。RT-qPCR和免疫印迹进一步验证了这些发现（图4I-K）。此外，对患者和KI小鼠成熟精子的免疫荧光分析显示PLCζ的亚细胞定位异常（图5A,B）。免疫印迹证实成熟附睾精子中PLCζ表达降低（图5C-F）。总之，这些结果确立了hnRNPR是Plcz1基因表达的关键调节因子。HNRNPR突变破坏PLCζ的合成和定位，损害精子触发钙振荡和卵子激活的能力，最终导致男性不育。
5.hnRNPR以m6A依赖性方式调节Plcz1前体mRNA的可变剪接
6.HNRNPR突变所致受精失败的治疗挽救
更多结果和补充图表：doi：10.1038/s44321-026-00374-z
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