哺乳动物包括人的精子和卵子都没有独立发育成个体的能力，只有精卵结合形成合子，即受精，才赋予精子和卵子能发育成为新个体的潜能，所以，受精是哺乳动物新生命的起点。在生理条件下，精子必须先经过雌性生殖管道并停留一段时间后，才能获得使卵子受精的能力。Austin和张明觉将该现象称之为精子获能（capacitation）。获能后的精子穿透卵子的外衣，包括卵丘的放射冠、透明带；精卵膜结合、融合；卵子激活；最终实现精卵核融合，完成受精（fertilization）。

正常情况下，一次射精精液量约数毫升，有上亿甚至数亿精子射入阴道。开始时，精液呈凝固胶冻状，约在15～30分钟后，凝固的精液在纤溶酶系统作用下，达到完全液化。其中仅有一小部分精子能进入子宫颈，开始在女性生殖管道中的运行。而后精子进入子宫腔，再到达输卵管，并在女性生殖管道运行过程中获能，最后在输卵管壶腹部与卵子相遇，并使之受精（图9-1）。精子在女性生殖管道中的运行，除了精子本身的运动（特别是活跃的前向运动）和生殖管道的收缩作用外，还受到女性生殖道结构因素、宫颈黏液因素和精子趋化因子等因素的影响。

阴道pH一般为4～5，酸度很高，对精子存活不利。如果精液体积足够，且pH为7以上，其在短时间内对阴道环境可起缓冲作用，阴道pH可升至6以上，即酸度有所降低，但一般也只能维持半小时左右，如在半小时内精子未穿入宫颈黏液一般均死亡。

在排卵前期，宫颈管口已开启，宫颈黏膜腺体在雌激素作用下，分泌旺盛，宫颈黏液不仅丰富，而且宫颈黏液中水分含量增高，流动性增大，pH增高。宫颈黏液通过开启的宫颈口缓缓流出，这时精子能有效地和宫颈口黏液接触，逆流而上进入宫颈管，其中一部分精子进入宫颈的黏膜隐窝系统，另一部分精子则继续上游。进入宫颈黏膜隐窝系统的精子存活条件良好，有可能逐步释放出来，加入上游行列。在性生活或人工授精后30分钟，宫颈管宫颈黏液中充满了运动活跃的精子，同时在宫腔中也有相当数量精子，甚至在输卵管中也可能会见到少数几个精子。在数小时后有精子到达输卵管峡部，其中有少量精子继续上行到达输卵管壶腹部，甚至有极少精子通过伞部进入腹腔，而相当一部分精子则滞留于输卵管峡部精子贮存区。输卵管峡部含有黏稠分泌物，它可起到滞留精子的作用；另外精子膜表面糖基与输卵管峡部上皮细胞游离面的糖基相互识别、结合，使精子头部黏附于输卵管峡部黏膜的上皮细胞以滞留精子，这样输卵管峡部就成为精子贮存区。输卵管峡部精子贮存区具有重要生理意义，主要包括：①限制进入输卵管壶腹部的精子数量，预防多精受精。②维持精子活力，以备精子受精。精子在宫颈、子宫腔的运行过程中，也与其黏膜上皮细胞相接触，精子也可能沉积在相应部位，但在输卵管峡部的这种作用更为重要。③参与对精子获能的调节。精子黏附于输卵管上皮细胞能延缓精子获能，这对精子获能在体内适时进行具有重要作用。有研究表明黏附于上皮细胞的精子，其细胞内游离的钙离子浓度比游离状态的精子低2～3倍，精子获能延缓可能与此相关。

精子与输卵管峡部黏膜上皮细胞的黏附只是暂时的。精子能脱离上皮，继续上行而进入输卵管壶腹部，参与受精。精子如何从贮存区释放，其机制尚不清楚。早期研究证实，输卵管上皮所处的激素环境是影响精子释放的关键因素。有实验显示，激素环境发生变化并不影响黏膜上皮上与精子特异结合的位点。而获能精子与输卵管黏膜上皮的黏附率却显著低于未获能精子。这表明精子自身状态决定了精子-黏膜上皮的相互结合能力。结合资料可以推测，当体内激素环境改变后，输卵管上皮细胞的分泌功能也随之发生变化。在排卵期内，输卵管黏膜上皮细胞可能分泌某种物质，该物质使黏附于黏膜上皮细胞的精子获能。精子获能后，其质膜发生了一系列的相应变化，失去了精子-黏膜上皮相互结合的分子基础。同时，获能精子还具有超活化运动能力，其强有力的鞭打样运动增强了精子头部脱离输卵管上皮表面的力量。

精子在女性生殖管道中的运行主要取决于生殖管道的结构、分泌活性及其收缩活动。生殖管道的分泌活性以及收缩活动都受卵巢激素调控，故卵巢激素对精子运行有十分重要的影响。生殖管道的收缩活动还受交感神经、副交感神经支配；缩宫素、前列腺素对其也有作用，所以上述因素对精子的运行都有一定影响。

虽然射入阴道的精子数以亿计，但是能到达输卵管壶腹部接近卵子的精子数量极少，在人类大约有数十个至200个。绝大多数精子在阴道、子宫颈、输卵管峡部等区域沉积死亡，包括进入受精部位的精子在未受精后也很快死亡。精子在女性生殖管道中存活时间十分有限。有报道称，精子在女性生殖管道中平均存活时间分别为：阴道半小时至2.5小时，宫颈48小时，子宫24小时，输卵管48小时；而精子受精能力的丧失可能较失去存活力的时间更早。

精子自身因素特别是精子运动障碍或女性生殖道不通畅，甚至阻塞因素会妨碍精子在女性生殖道中的运行。宫颈分泌的宫颈黏液异常也使精子在女性生殖道中运行的启动发生困难，从而会引起宫颈性不育症（cervical sterility）。据报告在不育夫妇中，由宫颈黏液因素引起的不育症占15%～20%。男科医师在诊治不育工作中对此应有基本的了解。

宫颈黏液异常可表现为宫颈黏液量的减少，有些育龄不育妇女常呈现宫颈黏液量恒定的不足，即使在排卵前期也仅有少量宫颈黏液。究其原因，或是种种原因造成了宫颈黏液腺体结构上的损害，使宫颈黏膜菲薄，甚至萎缩；或是由于雌激素刺激不足，或虽然雌激素正常，但宫颈黏液腺分泌细胞对雌激素缺乏敏感性。有的则主要表现为宫颈黏液质的异常，这种类型的患者由于宫颈黏液腺体的反复感染或物理化学因素造成局部无菌性损害，从而影响宫颈黏液物理化学特性的改变，致使黏液黏稠，呈黄色，不形成结晶，pH降低等，这些均会对精子运行及穿透宫颈黏液造成障碍，导致宫颈黏液形成网眼收缩，精子不易通过，或精子被巨噬细胞和白细胞大量吞噬，或精子表面黏附着某些细菌，不利游动。宫颈黏液存在抗精子抗体则更为常见，在这种情况下就像在宫颈口形成了一道重要屏障，阻挡精子通过，拒精子于宫颈口外。

精子趋化性（chemotaxis）是在海胆受精研究中首先提出的。研究者发现，排入海水中的海胆卵子释放某种物质即趋化剂；该物质能诱导海胆精子沿其化学梯度运动，从而使精子接近卵子，实现受精。这种精子运动方向受趋化剂调节的现象称之为精子趋化性。精子趋化最终会导致精子聚集于某特定的部位，但它不同于精子运动激活（chemokinesis）和精子诱捕（trapping）所造成的精子聚集。精子运动激活和精子诱捕都与精子运动方向变化无关。体外受精动物的配子在外环境中高分散，那么趋向性对其来说则至关重要。在水蛋（water egg）中分离出了一些小肽，这些肽除了促进精子的运动和呼吸，还起到物种特异性的化学吸引力。特别是呼吸活化肽（resact），能诱导精子从圆形向直线形运动轨迹改变。当鸟苷酸环化酶与resact合后，鸟苷酸环化酶的活性瞬间被激活，环鸟苷酸（cGMP）开始合成。有人推测cGMP能选择性打开离子通道释放钾离子，调节细胞内钙水平最后超激活精子，使其直线运动。最近还提出了cGMP充当精子与化学引诱物之间的信号转换器的观点。海胆精子通过cGMP激活钾离子通道使钾离子外泄，与此同时打开钙离子通，进而使精子细胞膜超极化。钙离子的进入是调节精子趋向性的重要因素，并且这似乎是所有物种的共同特征。

关于哺乳动物包括人的受精过程是否存在精子趋化现象，一直有争论。反对者认为，哺乳动物受精是在雌性生殖管到中进行的，射入雌性生殖管道的精子数量极大，有足够量的精子能够顺利到达受精部位，故精子趋化性对受精并非必需。然而以下一些实验证据又间接表明，哺乳动物受精也存在精子趋化现象。①进入两侧输卵管峡部的精子数量基本相等，但到达输卵管壶腹部的精子数量不同，有卵子侧输卵管壶腹部的精子数量显著高于无卵子侧。其中，排卵时卵子的分泌物可能是导致精子上行至输卵管壶腹部的关键因素。②在一些哺乳动物中，精子会存储在尾峡部且活动力降低，并在排卵后恢复活动力。在人类，精子存储在女性的子宫颈；然而，精子和卵子的受精比例为10∶1至1∶1，表明在女性生殖道可能就发生了精子的选择。事实上，当排卵发生时，一些储存的精子恢复活力，并在几分钟内到达受精部位。储存的精子被释放后立即能从上皮中分离，表明这些精子接收了来自输卵管的信号。此后又有大量体外研究证实了哺乳动物，至少是人和小鼠存在精子趋化性的事实。

卵泡液（FF）包含卵子和卵丘的分泌物，有受精能力卵子的FF可以作为趋化物，可见成熟卵子和周围卵丘细胞是两个真正的趋化源。FF中的肽、肝素、激素等许多物质被认为是潜在趋化物，但只有黄体酮已明确是由人类卵丘细胞分泌，并能引起人类精子积累的趋化物。分子量为8KD的蛋白质RANTES也是人类精子的趋化物，存在于卵泡液中，由颗粒细胞产生，并且在人类精子中有其受体mRNA的表达。如果RANTES是人类精子生理学的趋化物，则颗粒细胞是除卵丘细胞外，又一种产生趋化物的细胞类型。有趣的是，科学家发现嗅觉受体也在趋化过程中发挥重要的作用。hOR17-4就是表达于哺乳动物精子上的G-蛋白耦联的嗅觉受体，Bourgeonal作为hOR17-4的配体，能引起人类的精子发生趋化性运动，另外一个嗅觉受体——lyral，可引起小鼠的精子发生趋化性运动。而这两种受体的配体至今尚未有人证明其存在于卵泡液中，是否存在天然的配体现在还不是很清楚。

就特定的精子群体而言，能发生趋化性的精子仅占其一小部分，在人类约为1%至12%，在小鼠约为10%。每个精子对趋化剂的应答时间都十分短暂，并且只能发生一次应答。有研究表明，人的精子只在特定生理阶段才选择性地表现趋化性，这提示人精子趋化性可能与精子获能状态相关。此外，人们还观察到，同一群体中的人精子趋化性并不同时发生，有先有后，精子获能也是如此。而同一群体中发生趋化性的精子比例近似于发生获能的精子比例等。这进一步表明精子趋化性与精子获能密切相关。

精子在雌性生殖管道中的运行，经历了子宫颈、子宫、输卵管等器官，精子趋化剂不可能在所有器官中都形成有效的化学梯度，只可能在相对短的合适距离内形成，这提示发生精子趋化性的范围可能很有限。虽然我们还不清楚体内发生趋化性的确切部位，但是综合各种因素分析，最有可能的有以下三处：①输卵管峡部精子储存区至输卵管壶腹部受精位点之间；②输卵管壶腹部的卵丘附近；③卵丘中。

精子在附睾缓慢移行过程中，经过复杂的膜修饰和结构变化，获得了功能上的成熟；但射出精子或从附睾尾部取出的精子并不能直接使卵子受精。现已证实，所有已研究的哺乳动物精子都要经历获能，才能完成受精。获能是一多时相过程，有广义、狭义之分。狭义的获能指精子具有发生顶体反应的能力，所以获能是顶体反应的前提和基础；广义的获能则包括顶体反应，即发生顶体反应标志着精子获能完成。

获能的本质在于暴露精子膜表面卵识别、结合因子，解除对精子顶体反应的抑制，并使精子得以识别卵子并穿入卵内，完成受精。在生理条件下，不同种动物，精子获能的部位并不一样，但多数动物的精子获能主要都发生在子宫和输卵管内。同时精子获能所需要的时间也因种类不同而不同，人精子一般需要5～7小时。精子获能还具有异质性，同一群体的精子获能有先有后，并不同时发生。

获能精子在结构和功能上都发生了一系列特异性变化，具体表现在精子超活化、精子代谢方式改变、精子膜变化和精子形态变化四个方面。

在哺乳动物中，刚射出的精子不足以让卵子受精，其受精能力需在去除抑制因子（如表面附着糖蛋白，精浆蛋白和膜胆固醇）后出现。在精子获能的最后阶段，精子运动方式不同于附睾成熟精子或射出精子，发生了显著变化，表现为一种强有力的、尾部呈“鞭打样”的不对称运动，称之为精子超活化，这种现象经常在输卵管中观察到。CatSper通道和钙是超活化的关键，外部钙的缺乏或四个CatSper亚基中的任一个发生突变都会导致超激活的失败。但CatSper在输卵管中的调节机制仍不清楚。目前常用精子超活化（hyperactivation，HA）作为评价精子获能与否的指标。形态学观察发现，超活化精子以鞭毛弯曲幅度大为特征。计算机辅助精液分析（computer-aided-semen-analysis，CASA）技术可以从精子运动的动力学本质来研究和相对客观地确定超活化精子。按照CASA精子运动参数结果分析，精子超活化主要是以轨迹速度（curvilinear velocity，VCL）增加，直线性（linearity，LIN）、前向性（straightness，STR）降低和精子侧摆幅度（amplitude of lateral head displacement，ALH）增加为特征。对于群体精子超活化可以以下列标准界定：VCL＞100μm／s、LIN≤65和ALH≥7.5。然而，因为使用的仪器不同，或者设置的分析参数不一样，不同的实验室常会有不同的CASA界定标准，如Mortimer报道认为，精子超活化标准为：VCL≥150μm／s、LIN≤50%、ALH≥7.0μm。所以，1998年人类生殖与胚胎协会男科学专门兴趣小组（ESHRE Andrology Special Interest Group）提出必须开发新的CASA方法，以纠正超活化精子动力学分析的可能偏差。但至今尚未找到公认的统一手段。

实验观察发现，在黏性低的介质中，超活化精子虽然运动快速而强有力，但非前向性，故不如附睾成熟精子有效；而在黏性高和黏弹性基质中，如聚丙烯酰胺中，超活化精子的运动则比附睾成熟精子更具直线化，更为有效。

对于精子超活化的生理意义，目前认为可能有以下几方面：①精子超活化增强了精子摆脱输卵管黏膜上皮的能力，有利于精子通过输卵管腔内黏稠介质，使精子能顺利地沿输卵管管腔继续上行至受精处；②超活化精子强有力的鞭毛运动赋予了精子穿透放射冠和透明带的力学基础，使精子能顺利穿越放射冠和透明带的黏弹性基质；③精子超活化的发生率与IVF呈高度正相关。

精子内游离Ca ²⁺浓度升高可能是超活化发生的主要原因。其证据有：①超活化精子内游离Ca ²⁺浓度显著高于附睾成熟精子，并且游离Ca ²⁺主要集中于精子鞭毛。②顶体反应后，精子内游离Ca ²⁺浓度进一步升高，超活化精子鞭毛弯曲幅度增大。

精子运动变化必然有相应的精子代谢变化。精子获能后的代谢变化主要表现在以下几方面：

获能前精子以糖酵解为主要能量来源，通过甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）催化3-磷酸甘油醛生成含有高能磷酸基团的1，3-二磷酸甘油酸，并在磷酸甘油醛激酶作用下将高能磷酸基团转移给ADP生成三磷腺苷（ATP）。获能后精子运动加快、代谢增强、耗氧量明显增加，无氧酵解途径产生的ATP无法满足精子对能量的需求，糖酵解和有氧氧化2种供能方式同时启动。作为运动器官的精子尾，其内部线粒体可以氧化磷酸化方式合成大量ATP。ATP合酶位于线粒体内膜基质侧，公认的化学渗透假说认为，底物脱下的氢经呼吸链传递，最终与氧结合生成水所释放的能量，在ATP合酶的催化作用下使ADP与pi发生磷酸化生成ATP。

伴随着超激活运动的发生，获能精子中很多相关酶类的活性也发生了巨大变化。随着获能进程，精子腺苷酸环化酶（AC）、顶体酶和神经氨酸苷酶等相继被激活。胆固醇流失引起的Ca ²⁺、HCO ₃ ^-内流激活了AC，伴随着细胞外Ca ²⁺、HCO ₃ ^-内流，胞质内Ca ²⁺也在向线粒体加速内流，最终胞质内Ca ²⁺缓慢降低，顶体酶原逐渐活化为顶体酶，激活的顶体酶作用于膜上和膜内相关成分，触发了后续的一系列获能相关反应。其中，酸性磷酸酶（ACP）是精子获能过程中变化最为剧烈的顶体酶类之一，磷酸酶的激活提高了膜脂代谢率，产生大量溶血磷脂，这些溶血磷脂代谢产生的甘油二酯可激活蛋白激酶，通过调控PTP影响精子获能。S.Mack等的体外获能研究表明，获能后4小时，ACP活性比获能前降低了2倍，但其他顶体酶类活性并无明显变化。然而获能后ACP活性降低的原理并不清楚。也有研究证明，获能过程中神经氨酸苷酶也被激活，而抑制获能的磷酸二酯酶的活性则被抑制，导致胞内cAMP含量升高，触发了精子细胞内获能相关蛋白的磷酸化，进而促进了精子获能。谷胱甘肽转移酶（GSTs-mu）家族对获能的影响正在成为近几年研究的热点。研究发现，冷冻导致假获能精子增多，同时GSTs-mu5表达增强，而同类研究表明，GSTs-mu5促进了小鼠和仓鼠精子的酪氨酸磷酸化，GSTs家族另一成员GSTs-mu3促进了牛、羊精子获能过程相关蛋白的酪氨酸磷酸化，同时，该研究推测，GSTs-mu3的磷酸化对平衡获能过程中精子代谢产生的活性氧有重要作用。

精子获能是精子在分子水平上的重建。获能精子膜在分子水平上发生了一系列有规律的显著性改变，精子膜结构进行了重组，包括膜蛋白、糖基和膜脂成分的改变，膜流动性变化等。

在射精的过程中，附睾内的精子与男性附属性腺分泌物混合，附属性腺分泌的蛋白质会以多种方式影响精子，其中一种方式是一些蛋白质与精子膜上的蛋白质或脂质相互作用以抑制精子过早的获能。例如，精子囊泡分泌2（SVS2）在小鼠精子的后体区域与神经节苷脂GM1结合，以抑制体外附睾精子的钙化；小鼠精囊的丝氨酸蛋白酶抑制剂kazal型样蛋白（SPINKL）在体外有延迟附睾小鼠精子获能的能力等。另一些掩盖精卵识别位点的蛋白质也将被丢失，而一些与精卵识别有关的蛋白质或者被暴露或者被重新分布。如精子膜蛋白PH-20，顶体反应之前主要位于顶体后区质膜；顶体反应后在Ca ²⁺存在的条件下，PH-20簇集于顶体内膜。PH-20的这种主动位移现象与其在精卵识别中发挥的作用相一致。而大鼠精子在附睾成熟过程中，精子膜主要是顶体前区，结合有附睾上皮细胞分泌的37kDa糖蛋白D／E；获能后，D／E则逐渐移向赤道部和顶体后区。

获能过程中，精子膜凝集素受体，尤其是在精子顶体区，发生了显著变化。实验表明，仓鼠精子获能过程中伴刀豆素蛋白A（ConA）受体和LCA受体数量经历了由多至少，再由少至多的复杂变化；而PNA受体和麦芽凝集素（WGA）受体逐渐减少；同时还发现，ConA受体由获能前的均匀分布转变至获能后的成簇分布。豚鼠精子获能后SBA受体增加，采用FITC耦联的甘露糖化牛血清白蛋白（FITC-M-BSA）为探针，研究人精子头部质膜在获能前后甘露糖结合活性的变化，结果表明，获能精子头部与顶体区或顶体后区表达有甘露糖受体活性，而且其活性与精子受精能力高度相关。另有研究发现，人精子获能前在顶体后区没有SBA受体，获能后出现了SBA受体；人精子膜WGA受体在获能后也有显著增加，并转移至精子顶体后区。获能时精子膜凝集素受体重排，可能为精卵结合创造了条件。

获能后的精子膜流动性有了显著增加，主要是由于获能精子胆固醇成分大量丢失和磷脂代谢活化；此外，获能时能量代谢和脂类代谢活化，会生成大量自由基，适量的自由基也能改变精子膜流动性。

获能精子膜流动性升高有利于精卵结合，这表现在以下两个方面：①获能精子膜流动性有区域性差异，其中以顶体后区膜流动性最大，而该区域被认为是精卵膜结合和融合区。②精子膜出现高度特异性区域，簇集了一些可能与受精相关的功能蛋白质和糖基。

获能精子膜的分子结构也有所改变，表现为精子表面游离的活性基团减少，如—SH进一步氧化为二硫键，唾液酸残基被清除，精子膜表面负电荷明显减少，精子电泳迁移率降低等。

精子获能过程中，膜蛋白、膜凝集素受体分布的有序重建、重排，可能是由于以下原因所致：①精子膜流动性增加，能使糖蛋白易于运动。②蛋白酶、糖苷酶活化使精子膜蛋白降解、丢失。③糖基转移酶、糖苷酶的作用，使凝集素结合位点转移或丢失。④糖蛋白、糖脂分子的立体构型变化，使原有的糖基暴露或被遮盖，导致凝集素受体位点变化。

综上所述，精子膜在获能过程中产生了深刻变化，这些变化有重要的生理意义：①去除精子膜表面遮盖物，暴露精卵识别位点。②膜通透性变化，有利于Ca ²⁺内流，增强精子活力。③降低膜流动性，富集功能蛋白质或糖基，形成高度特异性区域，有利于顶体反应和受精。

精子获能以后，其质膜和生化方面发生了一系列显著变化，这已广为人们所认识。但与之相比较，长期以来的光镜和电镜研究都认为，在获能过程中，精子形态没有发生明显的改变。然而最近Thomas等人应用X线显微镜技术研究了人射出精子和获能精子的结构，发现获能后的精子线粒体或是松散地包绕轴丝，或是发生肿胀，这明显不同于射出精子。体细胞研究证实，细胞代谢状态变化常常伴随有线粒体大小和形态改变；Cardull等人也注意到精子鞭毛摆动频率增加，其线粒体体积会增大。这提示线粒体形态改变是精子获能过程的一个重要方面，它可能参与了精子超活化运动的发育。

见本章第三节二、三部分。

精子发生顶体反应时，顶体外膜及其表面精子膜发生多点融合，融合处形成许多膜被囊泡；随之顶体破裂，顶体内容物释放，顶体内膜完全暴露。由此可见，顶体反应是一种特殊的细胞胞吐（图9-2）。

顶体形成是一系列高度有序的整合过程，一般将顶体的演变分为4个独立的时期：第一时期为高尔基复合体阶段，许多来源于反式高尔基复合体网络的前高尔基复合体颗粒在髓质区聚集，小的颗粒互相融合形成了一个大的高尔基复合体颗粒，并且与核包膜紧密相连。第二时期为顶帽阶段，新合成的来源于高尔基复合体的糖蛋白不断扩大形成球形的顶体颗粒。第三时期为顶体阶段，高密度的顶体颗粒在顶体内膜演变，最后变成了半球形，顶体囊泡覆盖精子细胞核的大部分表面形成顶体，这个结构一直持续到最后一个阶段。第四时期即为成熟阶段，表明了顶体的正确形成。顶体是精子头部的重要组成部分，顶体形成的每一步都是严格有序的，受多种基因调控，顶体发生过程异常会影响男性的生育能力。

顶体内容物为多种酶组成的顶体酶复合系统，包括与受精有关的主要酶：透明质酸酶、顶体素、放射冠分散酶、精子神经酰胺酶和酸性磷酸酶。其中以顶体素研究较为透彻、深入。

顶体素（又称为顶体蛋白酶）是一类丝氨酸蛋白水解酶，人的顶体素分子量约为40kDa。顶体素分子中共有12个Cys残基，分别形成两个链间二硫键和四个链内二硫键，故顶体素是由二硫键连接的双链分子。His70、Asp124、Ser222等残基构成了顶体素的催化活性位点。在所有已知的顶体素分子中，Cys残基的位置和数量以及顶体素的催化活性位点序列基本相同，在进化上高度保守。此外，顶体素重链N端含有与透明带结合的位点。在兔中，该位点是一个包括Arg50、Arg51残基在内的由Ile43残基至His53残基组成的环。若将Arg50、Arg51残基定点突变，则顶体素失去结合透明带的能力。顶体素重链C端有一富含Pro残基的肽段，这不同于其他类型的丝氨酸蛋白水解酶。

顶体素基因是一断裂基因。人的顶体素基因位于22q13-22qter区域，共有五个外显子，为4个大小约0.2kDa至4.5kDa的内涵子所分隔。转录起始点位于ATG上游74bp处；启动子富含GC，缺乏TATA盒和CAAT结构。催化位点中的His、Asp、Ser等三个氨基酸残基分别由不同的外显子编码。此外，编码C端富含Pro残基序列的外显子有独特的CCCCCA重复序列。

精子发生是一高度复杂的生理过程。基因转录和表达有高度的时空特异性，包括不同的功能基因转录、表达于精子发生的不同发育阶段，以及同一基因转录和表达分别发生于精子发生的不同发育阶段。经研究发现，大鼠、小鼠的顶体素基因转录发生于减数分裂前的精母细胞，顶体素基因的转录调控区位于5′端；而顶体素基因的翻译则开始于减数分裂后的精子细胞；整个翻译过程是由一种未知的胞质蛋白结合于mRNA的5′端而进行调控。

顶体素基因表达的初始产物为前顶体素原（preproacrosin）。前顶体素原经翻译后加工切去信号肽，成为前顶体素，也称顶体素酶原。和前顶体素原一样，前顶体素也是一单链分子。人的前顶体素原含有421个氨基酸残基，前顶体素共有402个氨基酸残基，分子量为43.9kDa。顶体素通常以无活性酶原形式即前顶体素结合于顶体内膜上，在精子结合于透明带后活化为顶体素。也有一种观点认为获能也能使前顶体素激活，并转移至精子膜表面。顶体素可使透明带分解，以利于精子穿透透明带。宫颈黏液中的蛋白酶抑制剂和抗凝血酶可抑制顶体素酶解活性，抑制精子穿透透明带。体外实验证实，胰蛋白酶抑制剂和顶体素单克隆抗体能直接抑制受精作用。然而，近期也有报道，顶体素基因敲除的小鼠，其精子仍能穿透透明带，这表明可能存在其他因子降解透明带或存在其他因素使精子能顺利穿透透明带。

研究者按顶体反应启动的刺激因素性质，将顶体反应分为自发性顶体反应（spontaneous acrosome reaction，SAR）和诱导性顶体反应（induced acrosome reaction，IAR）。自发性顶体反应是指精子在获能后，未与卵子接触就已自发性发生了顶体反应；诱发性顶体反应是指精子在获能后，与卵相互作用在透明带诱导下，或在体外由诱导剂作用，诱发顶体反应。

大量研究表明，只有顶体完整的精子才能识别、结合并穿透透明带；在接触透明带之前已发生了顶体反应的精子，不能识别、结合透明带，从而失去受精能力。一份精液中的精子处于不同的成熟状态，或者有一些精子存在结构和功能上的缺陷，使同份精液内的精子不会全部呈现同一时间的获能与顶体反应。显示高水平自发性顶体反应的精液可能受精能力低。但适量的自发性反应对受精是有意义的，也是必需的。自发性顶体反应精子释放的顶体酶系可分散放射冠，为顶体完整的精子顺利通过放射冠与透明带相接触创造了一定条件。

精子获能及适时有效的顶体反应是成功受精的前提。尽管国内外对获能和顶体反应从现象到机制进行了多年的大量研究，积累了许多有价值的资料，但其机制至今仍未完全阐明。目前多数研究者认为，作为一种细胞生理活动，获能和顶体反应也一样是由于精子外刺激因子作用于精子膜，经膜信号系统转导，触发一系列精子内级联反应的结果。

在生理条件下，获能和顶体反应均发生于雌性生殖管道。雌性生殖管道内的许多成分，如子宫液、输卵管液、卵泡液、放射冠液和透明带，都能促进获能或诱导顶体反应。但由于体内研究较为困难，有关资料多由射出精子在体外培养时获得。

许多离子如Ca ²⁺、Na ⁺、K ⁺和Zn ²⁺对精子获能和顶体反应都有重要影响。

Ca ²⁺是细胞第二信使，细胞内游离Ca ²⁺浓度（［Ca ²⁺］i）的改变是细胞内生理功能实现的重要物质基础，也是多种受体激活后信号传递过程的中心环节。早期应用荧光探针方法已观察到，在精子获能和顶体反应过程中，精子［Ca ²⁺］i发生了显著变化。此后的大量研究进一步证实，精子获能与顶体反应有赖于精子内［Ca ²⁺］i升高，维持精子内一定水平的［Ca ²⁺］i是获能和顶体反应的关键。

目前，已知许多促进获能和诱导顶体反应的介质都是通过刺激细胞外Ca ²⁺大量内流，使精子［Ca ²⁺］i升高而得以实现的，如肝素、透明带和黄体酮。但也有人认为精子获能时胞内游离Ca ²⁺浓度并未发生变化。

Na ⁺是不可缺少的。在高Na ⁺溶液中，获能和发生顶体反应的精子数量及速度都大幅度增加，而以Na ⁺载体monension和精子共孵育，可迅速升高精子内Na ⁺浓度，也加速精子顶体反应的发生。Na ⁺促进获能和顶体反应的作用和机制可能是：①精子内Na ⁺水平升高造成精子内pH升高，升高的精子内pH可促进精子内钙池释放Ca ²⁺，使［Ca ²⁺］i上升。②增加Na ⁺量会使溶液的离子强度升高，促进了精子膜去能因子的丢失，加速精子获能和顶体反应。

K ⁺在精子获能和顶体反应中也发挥重要作用。但是K ⁺是作用于获能和／或顶体反应尚不能肯定，而且K ⁺的作用具有种属特异性。如大鼠、小鼠、仓鼠、人等精子获能和顶体反应依赖于K ⁺的存在，而豚鼠精子获能和顶体反应不需要K ⁺。K ⁺促进获能和诱导顶体反应可能是由于胞外K ⁺激活了精子质膜上的Na ⁺，K ⁺-ATP酶，促进K ⁺内流，导致精子膜去极化，从而激活精子膜上的电压依赖性Ca ²⁺通道。Na ⁺，K ⁺-ATP酶抑制剂ouabin可阻止仓鼠精子顶体反应的发生，而Na ⁺，K ⁺-ATP酶激活剂nigericin则能促进K ⁺内流，加速精子发生顶体反应。

细胞内pH也是影响细胞生理活动的重要因素。许多介质在诱导获能和顶体反应中，不但有［Ca ²⁺］i升高，而且也有精子内pH上升。合适的精子内pH对精子获能和顶体反应的作用可能与［Ca ²⁺］i一样重要。影响精子内pH的因素有很多，如HCO ₃ ^-、Cl ^-、H ⁺、Na ⁺等。HCO ₃ ^-除对精子内pH有影响外，还能激活腺苷酸环化酶，使精子内cAMP水平升高。

此外，Zn ²⁺能通过稳定精子膜或直接抑制顶体素活性而抑制精子获能。

白蛋白能促进、支持精子获能和顶体反应。所以，多年来白蛋白作为获能不可缺少的物质常规应用于精子获能研究的体外模型中。多数人认为白蛋白可能是通过吸附、去除精子质膜的胆固醇，降低膜流动性，从而发挥其作用。但也有一种观点认为并不是白蛋白去除了精子质膜的胆固醇，而是转脂蛋白将精子质膜的胆固醇转移至白蛋白，白蛋白是作为胆固醇受体的角色在起作用。

输卵管液、卵泡液是诱导精子获能的重要环境因素，近期有许多资料表明，黄体酮是输卵管液，卵泡液中诱导精子获能的最主要成分，也可能是体内精子顶体反应尤其是自发性顶体反应的诱导剂。黄体酮主要由卵丘细胞产生，在人卵泡液中黄体酮浓度高达5μmol／L，与体外研究时使用的黄体酮浓度相近。黄体酮诱导精子获能的机制还未能最后阐明，但精子结构的特殊性以及大量实验提示，黄体酮诱导精子获能不可能通过新蛋白质合成即经典的基因组作用而只能通过与膜有关的即非基因组作用机制介导。因此，在精子膜上可能存在黄体酮受体。目前，支持精子膜上存在黄体酮受体的主要证据有：①黄体酮可促进精子外Ca ²⁺快速内流，使精子内游离Ca ²⁺浓度（［Ca ²⁺］i）立即升高。黄体酮的这一作用有明显剂量依赖性，最小效应的黄体酮剂量在10 ^-9～10 ^-8mol范围内，最大剂量在10 ^-6～10 ^-5mol范围内。②获能精子具有特殊的超活化运动方式。以超活化运动为指标，观察黄体酮及其核内受体特异性阻滞剂RU486、ZK98299对精子获能的影响，发现黄体酮能以剂量依赖性方式快速诱导精子HA，但RU486、ZK98299都不能阻断其效应。同时，人工合成的黄体酮类似物能作用于核内黄体酮受体，但不能模拟黄体酮对精子的效应，这表明，黄体酮不是通过核内受体，而是直接作用于精子膜激发精子获能。③耦联BSA的黄体酮不能通透细胞膜进入精子内，但仍能快速促进精子［Ca ²⁺］i升高，诱导精子获能和顶体反应。进一步研究表明，耦联BSA的黄体酮能紧密地结合于精子膜上，并主要集中在精子头部顶体区。④应用人工合成的 ¹²⁵I黄体酮受体配基标记精子质膜，发现精子质膜有两种黄体酮结合位点，鉴定出纯化后的膜结合位点分子量分别为54kDa和57kDa。其中，P54位点和黄体酮亲和力高，平衡解离常数（K _D）为nM水平，表明为黄体酮高度特异；P57位点亲和力较前者低，Kd为μM水平，11羟-黄体酮和17α-羟黄体酮与其亲和力基本一致，表明其特异性不高。Western印迹分析显示，黄体酮核受体的黄体酮结合区C262单克隆抗体能识别P54、P57，而DNA结合区及N末端的单克隆抗体则不能识别P54、P57；在精子胞质中也无P54、P57。并且C262单克隆抗体能抑制黄体酮诱导的精子获能和顶体反应，表明精子膜黄体酮受体或结合位点和核内黄体酮受体有共同的黄体酮结合区，但无核内受体的DNA结合区等。

然而，有关精子膜黄体酮受体的研究常常有相互矛盾的结果，如：早期文献报道，黄体酮能诱导正常男子10%的射出精子发生顶体反应，这些精子膜都有黄体酮结合位点；另一些实验又称，正常男子射出精子的大部分膜上无黄体酮受体活性；而近期文献报道，黄体酮能诱导90%射出精子［Ca ²⁺］i升高，明显高于前期报道等。射出精子对黄体酮不同的反应性以及精子膜黄体酮受体实验结果的多样性提示，精子膜可能存在不同类型的黄体酮受体。总结已有的资料，推测精子膜至少存在三种不同类型的黄体酮受体。①Ⅰ型黄体酮受体（PR1）：PR1可能与精子膜Ca ²⁺通道为同一复合物；该受体和精子［Ca ²⁺］i快速升高密切相关，90%以上的射出精子该受体具有活性。②Ⅱ型黄体酮受体（PR2）：为酪氨酸蛋白激酶（PTK）型受体，该受体激活后，精子对生理浓度的黄体酮敏感性将有较大提高。黄体酮诱导的精子顶体反应可能与其有关。③Ⅲ型黄体酮受体（PR3）：耦联Cl ^-通道，类似于GABAA受体／Cl ^-通道、甘氨酸受体／Cl ^-通道，主要诱导顶体反应过程中Cl ^-外流，也可引起Ca ²⁺进一步内流。因此，黄体酮作用于精子可能由多受体系统介导，其中，某一受体异常就有可能导致精子正常功能丧失。黄体酮诱导获能和顶体反应的详细机制见本节后续部分。

对兔精子的一系列获能实验显示，注射外源雌激素对体内获能似乎不起任何作用，黄体酮则明显抑制获能。然而哺乳动物排卵前所处的发情期E水平呈明显高峰，雌性动物体内的高E水平对其生殖道内的精子获能不起作用令人费解。Bathla等将仓鼠附睾尾精子放在发情期（雌激素占优势）和发情间期（黄体酮占优势）的子宫中，结果在外源雌激素存在的情况下，不管处什么时期的子宫都能使精子获能，顶体反应也明显高于对照。外源E可能促进了与获能和顶体反应有关的子宫蛋白的合成。因此雌激素对获能的作用及机制还需进一步研究。

PRL在雌性生殖道和精浆中都能被检测到，它在精子获能中的作用一直存在争议。有报道称PRL在人精子获能及顶体反应中都不起重要作用。同时也有相反观点，如Fukuda等发现PRL能将小鼠精子活力很好地保持2小时，获能液中加50ng／ml或100ng／ml PRL孵育15或30分钟，IVF时能获得更高的受精率。因此推测PRL的生理作用是缩短最佳预孵期即获能时间，并维持精子运动和活力。

PRL出现在精液中可起到调节雄性生殖能力的作用。有人认为PRL通过控制睾丸和附性器官中的激素受体水平以及促进与获能有关的精子生化过程来达到调节目的。出现完全不同结果的原因可能与精子来源（附睾尾或射出精子）及其本身PRL含量有关。

目前有一点是清楚的，精浆中过高的PRL水平对精子功能有负面影响。因为检测男性不育者精液，发现那些精子密度低、活力差或人精子去透明带仓鼠卵穿透试验不正常的个体精液中PRL水平都明显增高。

PGs在动物体内广泛分布，在精液中PGs的浓度较高。PGs对精子获能及受精的作用研究较少。有人研究了PGE ₁对小鼠和人精子获能的影响，发现PGE ₁对小鼠体外获能具促进作用，起到“获能因子”的作用，而且不会引发顶体反应，但可加强由Ca ²⁺载体或透明带诱导的顶体反应。PGE ₁对人精子的作用似乎仅是加强由Ca ²⁺载体诱导的顶体反应，对人卵泡液介导的顶体反应也没有增强作用。后续有人证实了PGE ₁和PGE ₂在精子膜上具有与黄体酮受体不同的共同受体，两者都能促进Ca ²⁺内流，增强顶体反应。

活性氧是精子氧化反应的副产物，在正常情况下，可由抗氧化酶直接清除，当ROS水平超过细胞内抗氧化酶清除能力时，ROS就会腐蚀精子膜表面的多元不饱和脂肪酸，对精子产生毒害作用。当精液中死精子增加时，过量的ROS和精液中的白蛋白可诱发精子质膜发生过氧化反应，降低膜流动性，不利于精子获能，并使精子活动能力降低甚至丧失，抑制受精过程。但是，阻断ROS生成后，人精子无法实现获能，说明ROS是获能所必需的。在获能初期O ₂ ^-较高，之后缓慢降低至较低水平，甚至比未获能精子水平还低。在获能后45分钟出现的ROS波峰正好对应精子头部和尾部发生蛋白酪氨酸磷酸化（PTP）的时间，说明ROS与PTP密切关联。低水平的O ₂ ^-、H ₂O ₂、NO等ROS可作为第二信使激活AC促进cAMP的生成，导致PTP促进获能。

ROS对诱发精子获能是必需的，精子获能与ROS剂量有关，并且随着获能进程，ROS的剂量呈现一定的动态变化，所以ROS在体外获能技术研究中非常重要，然而，诱发获能的最佳剂量以及随获能进程ROS的变化尚不很清楚，这将是本领域有待于深入研究与揭示的内容之一。

体外观察还显示，血小板激活因子PAF及其代谢产物溶血性PAF、透明质酸、肝素、肽类生长因子等对精子获能和顶体反应都有促进作用。

雌性生殖管道是精子体内获能和顶体反应的场所。在雌性生殖管道中，有许多生物活性物质包括上述的离子成分、蛋白质、激素都对精子获能和顶体反应有重要作用。

以上游法筛选人运动精子，再使其穿越宫颈液，发现穿越宫颈黏液的精子，经透明带诱导后顶体反应率显著高于未穿越宫颈黏液的运动精子，但二者自发性顶体反应率无显著性差异。这表明宫颈液能促进精子获能但不诱发顶体反应。宫颈黏液中的Ca ²⁺、葡萄糖、游离脂肪酸、磷脂在营养精子的同时，也可能与其获能有关。

子宫腔液内的蛋白质（主要是白蛋白和γ-球蛋白）、磷脂，可与精子表面的胆固醇结合，这种结合可促进获能；而子宫腔液内的黄体酮可抑制这种作用。

输卵管液和卵泡液：很早人们就发现输卵管液和卵泡液能促进精子获能并诱导精子发生顶体反应，这与它们的离子成分及其内含的黄体酮、白蛋白、转脂蛋白、前列腺素、肝素、透明质酸等有关。近期研究发现，输卵管上皮细胞主要是无纤毛细胞能分泌一种组织特异性强、分子量高的输卵管糖蛋白（oviductal glycoprotein，OGP）。研究证实，OGP与公牛精子或豚鼠精子共同孵育，能使公牛精子或豚鼠精子获能率提高近3倍，并显著增加获能精子穿卵率。

人类成熟卵细胞透明带是环绕卵母细胞外层，厚约15～20μm的圆环状结构，此环状结构是由颗粒细胞分泌的ZP1、ZP2、ZP3、ZP4糖蛋白组成的。通过对透明带糖蛋白的分离、纯化发现，只有ZP1、ZP3、ZP4参与诱导产生顶体反应，且ZP3为诱导顶体反应最主要的成分。其中，ZP3主要通过激活Gi蛋白耦联通路增加质膜内Ca ²⁺浓度（以蛋白水解酶处理ZP3，不影响ZP3结合精子膜能力，但抑制了ZP3诱导精子顶体反应的能力，这说明ZP3结构的完整性是其诱导精子顶体反应的基本条件）；ZP1、ZP4主要通过激活T型、L型Ca ²⁺通道增加质膜内Ca ²⁺浓度；ZP2主要与已发生过顶体反应的精子结合，可能作为第二受体参与顶体反应下游信号的激活。

质谱分析透明带成分发现：高度糖基化的透明带糖蛋白及由N、O连接的聚糖链是参与诱发精子顶体反应的主要分子结构，尤其在ZP1、ZP3、ZP4中，由N连接的糖链在透明带诱发顶体反应过程中起重要作用。糖链之所以在透明带诱发顶体反应中具有重要作用，归因于糖链是参与精子质膜与透明带识别、结合的位点。Pang等发现透明带上的SLeX［NeuAcα2-3Galβ1-4（Fucα1-3）GlcNAc］糖链及相关抗体结合抑制精卵结合的实验证实了上述观点。

精子与透明带结合，诱发产生顶体反应的能力可以预测精子受精能力。由于人卵稀缺，透明带来源局限，有学者通过转基因技术体外诱导合成重组人卵细胞透明带（rhZP），并用rhZP在体外与精子结合，诱发顶体反应，借此评估精子功能并预测受精情况。但是，体外rhZP诱发精子顶体反应并不成功。原因可能是：首先，透明带诱发精子顶体反应具有种属特异性，即人类的卵细胞透明带只能与人类精子结合并诱发顶体反应；其次，学者认为透明带糖蛋白糖基化的多样性、复杂性是导致rhZP诱导顶体反应失败的主要原因。该观点侧面证实了糖蛋白在精卵识别中的重要作用。

前已述及，影响精子获能和顶体反应的因素有多种，大量研究资料表明，体内诱导精子获能的最重要物质可能是黄体酮；在接触透明带前，启动精子与顶体反应的也是黄体酮，而在顶体完整的获能精子结合透明带后，启动其顶体反应的则是透明带蛋白（ZP3）。以下我们以黄体酮诱导精子获能、顶体反应以及ZP3诱导顶体反应为例阐述获能和顶体反应的机制。

在调节精子生理活动包括获能和顶体反应过程中，精子［Ca ²⁺］i升高尤为关键。早期人们观察到Ca ²⁺通道拮抗剂如verapamil、nifedipine能在体外阻断精子获能和顶体反应。近年来应用膜片钳和人工脂双层膜重组方法，进一步证实在精子膜上可能存在数种Ca ²⁺通道，包括电压依赖性Ca ²⁺通道如T型Ca ²⁺通道、L型Ca ²⁺通道，以及配体门控型Ca ²⁺通道（ligand gated Ca ²⁺channels）。分子生物学研究也发现，生精细胞能表达α1E、α1A、α1C等多种Ca ²⁺通道的亚单位，这与上述结果相吻合。此外，在成熟精子质膜、顶体内外膜等精子膜系中也已发现有多种Ca ²⁺通道存在，包括L型-Ca ²⁺通道，获得性Ca ²⁺通道（capacitative Ca ²⁺channel）、IP3敏感性Ca ²⁺通道。

黄体酮也是通过直接或间接激活各种Ca ²⁺通道，使精子［Ca ²⁺］i升高，诱导精子获能和启动顶体反应。黄体酮能在数秒内启动绝大多数精子［Ca ²⁺］i的第一次升高，并在20秒左右使精子［Ca ²⁺］i达其最高峰，诱导精子获能。研究证实参与该过程的是精子膜受体PR1。PR1可能是配体门控型Ca ²⁺通道的一部分，PR1经黄体酮激活后，Ca ²⁺通道开放，引起胞外Ca ²⁺快速内流，从而使精子［Ca ²⁺］i升高。涉及PR1的可能是一种非电压依赖性Ca ²⁺通道，并且它的开放和关闭与G蛋白、酪氨酸蛋白激酶也无关。

精子获能和顶体反应分属同一事件的不同时相，前者是后者的基础，后者是前者的发展结果，而精子［Ca ²⁺］i升高是二者发生的必要条件，但精子获能和顶体反应分别需要不同浓度的Ca ²⁺，获能只需纳米水平的［Ca ²⁺］i，而后者所需［Ca ²⁺］i达微米级，所以黄体酮诱导精子［Ca ²⁺］i第一次升高至峰值时，已足以诱导精子获能，但可能不足以使精子发生顶体反应。然而，精子［Ca ²⁺］i第一次升高后，可以再通过以下两条信号途径放大其效应，如能进一步增加［Ca ²⁺］i。其一为cAMP途径。Ca ²⁺和cAMP两种系统能在各种水平上以协同或拮抗的方式相互影响，但这种效应取决于细胞类型和细胞反应过程。就黄体酮对精子作用而言，升高精子［Ca ²⁺］i可活化腺苷酸环化酶或者抑制磷酸二酯酶（PDE），使精子内cAMP水平增加；而后者可作用于精子顶体膜cAMP依赖性Ca ²⁺通道，导致精子内钙池顶体释放Ca ²⁺至胞质，进一步升高精子［Ca ²⁺］i。其二为DAGIP3途径。在精子膜系中存在两种类型的磷脂酶C（PLC），一种是特异性磷脂酰胆碱PLC（PC-PLC），另一为特异性磷脂酰肌醇PLC（PI-PLC），前者活性对Ca ²⁺不敏感，后者活性依赖于Ca ²⁺。当精子［Ca ²⁺］i升高至一定水平后，精子膜PI-PLC被激活，其水解精子膜磷脂酰肌醇生成二酰基甘油（diacylglycerol，DAG）和1，4，5-三磷酸肌醇（inositol tripHospHate，IP3）；DAG随后活化广泛分布于精子膜的蛋白激酶C（protein kinase，PKC），PKC使精子膜上的电压依赖性Ca ²⁺通道磷酸化并开放。IP3通过与存在于精子顶体外膜上的特异性受体结合，开放IP3敏感性Ca ²⁺通道，诱发顶体大量释放Ca ²⁺。此外，与PR1相耦联的Ca ²⁺通道对离子选择性不甚严格，其开放后，除Ca ²⁺内流外，也有大量Na ⁺内流。Na ⁺内流会导致精子膜去极化，这已被实验所证实。精子膜的去极化引起了膜电压依赖性Ca ²⁺通道的开放，使Ca ²⁺大量内流。故此，黄体酮通过与精子膜PR1结合，造成了第一次精子［Ca ²⁺］i升高，升高的［Ca ²⁺］i能进一步诱发第二次［Ca ²⁺］i升高，这可能与之后精子发生顶体反应有关。

部分精子膜上存在PR2。黄体酮除作用于精子膜PR1外，还能作用于PR2。黄体酮和PR2结合后，受体构象发生变化，引起受体在数分钟内聚集，形成寡聚化的受体-配体复合物；约5～10分钟后受体活化，造成精子膜蛋白酪氨酸残基磷酸化。精子膜蛋白分离实验证实在黄体酮作用下，发生酪氨酸残基磷酸化的蛋白质主要是精子膜94kDa蛋白。94kDa蛋白是精子特异蛋白，位于精子顶体区，它不仅是PR2中的酪氨酸蛋白激酶的底物，也可能是透明带蛋白ZP3受体。精子94kDa蛋白磷酸化使膜电压依赖性Ca ²⁺通道开放，促进Ca ²⁺内流；此外，PTK与Ca ²⁺一样也能激活PI-PLC，使磷脂酰肌醇水解为DAG和IP3，如前述，后者能导致Ca ²⁺内流和顶体内Ca ²⁺释放，甚至PTK还能直接活化顶体膜IP3门控Ca ²⁺通道，使其开放、释放Ca ²⁺于胞质内。这样，黄体酮和PR2结合也会造成精子［Ca ²⁺］i升高，但这至少发生于黄体酮和精子作用后5分钟，并且经PR2介导的［Ca ²⁺］i升高不依赖于经PR1介导的精子第一次［Ca ²⁺］i升高。经PR2介导的精子［Ca ²⁺］i升高被认为与精子顶体反应直接相关。

黄体酮诱导精子顶体反应需要Cl ^-参与。无Cl ^-环境中，黄体酮不能诱发精子的顶体反应。小鼠黄体酮受体的C262单克隆抗体能抑制黄体酮诱导的精子顶体反应，同时也抑制了Ca ²⁺内流和Cl ^-外流。这提示Cl ^-外流是黄体酮诱导精子发生顶体反应的基本因素之一，但它与精子获能无关。有研究表明，黄体酮和GABAA受体激动剂muscimol以及GABAA一样能诱发精子顶体反应；而GABAA受体／Cl ^-通道阻滞剂（+）-荷包牡丹碱［（+）-bicuculline］可显著抑制黄体酮诱导的精子顶体反应。应用荧光探针标记方法显示，黄体酮在诱导精子顶体反应时有Cl ^-外流，并且Cl ^-外流可被（+）-荷包牡丹碱和另一种阻滞剂印防己苦毒素（picrotoxin）分别阻断。这些都有力地证明了精子膜上存在GABAA受体／Cl ^-通道复合物。

应用免疫荧光法观察到，小牛大脑皮层的GABAA受体α-亚单位的单克隆受体能识别、结合于人精子头部赤道区域的质膜。以同一抗体进行Western blot分析，从精子膜蛋白上得到了54kDa、75kDa的两个主要反应带，其中，54kDa的蛋白质与体细胞的GABAA受体α-亚单位分子量相近。同时，应用C262单克隆抗体与人精子膜蛋白进行Western blot分析，也得到了分子量为54kDa、75kDa的两个主要反应带。这提示GABAA受体／Cl ^-通道复合物和精子膜的某些黄体酮受体可能是同一复合体，即前文所述的PR3。研究发现，Ca ²⁺+通道拮抗剂如verapamil、nifedipine能在体外抑制muscimol或GABAA诱发的精子顶体反应；Ca ²⁺通道激动剂则刺激精子顶体反应，其作用与黄体酮具有加和效应；GABAA受体／Cl ^-通道阻滞剂（+）-荷包牡丹碱或印防己苦毒素在抑制黄体酮诱发的精子顶体反应和Cl ^-外流的同时，也抑制精子头部的Ca ²⁺内流。可见，GABAA受体／Cl ^-通道复合物的激活与Ca ²⁺通道关系又极为密切。

尽管如此，但是GABAA受体／Cl ^-通道复合物是如何调节顶体反应的，尚未明确。总结已有的资料，可以假设有以下途径，即：当黄体酮结合于PR3后，激活GABAA受体／Cl ^-通道复合物，导致Cl ^-外流，使精子膜超极化，产生一个依赖超级化的H ⁺外流，而同时存在的Cl ^-和HCO ₃ ^-协同运输造成HCO ₃ ^-内流，这些都使精子内pH升高，进而激活膜Ca ²⁺通道，引起精子［Ca ²⁺］i再次升高。最近有文献报道，酪氨酸激酶抑制剂能显著抑制黄体酮诱导的Cl ^-外流，据此推测，精子膜GABAA受体／Cl ^-通道还可能和酪氨酸激酶相耦联，形成一功能复合物，当酪氨酸激酶激活后，不但能造成精子第二次［Ca ²⁺］i升高，而且还会引起Cl ^-外流。

综上所述，黄体酮通过作用于精子膜上的PR1、PR2和PR3，引发了精子［Ca ²⁺］i双相升高和Cl ^-外流（图9-3），这些是黄体酮诱导精子获能和顶体反应的基本因素和必要条件。一般认为，精子内Ca ²⁺主要通过以下途径发挥作用：①Ca ²⁺以及活化的PTK能激活精子膜系的PKC和磷脂酶A2（phospholipase A2，PLA2），PLA2使磷脂酰肌醇二磷酸酯（PIP2）裂解，生成大量溶血性卵磷脂，增加了精子膜、顶体内外膜的流动性，使精子质膜和顶体膜易于融合；同时，PIP2的裂解使存在于精子质膜和顶体膜之间、顶体后区致密鞘与精子质膜之间的多聚性F-肌动蛋白单体化，减少了精子质膜和顶体外膜融合的阻力。②Ca ²⁺直接结合于顶体外膜，中和其磷脂极性端负电荷，以利于精子膜和顶体外膜融合。③Ca ²⁺作用于膜融合相关蛋白，使其构象变化，促进膜融合等。

需要指出的是，目前对诱导精子获能、顶体反应（包括黄体酮诱导）所需［Ca ²⁺］i升高涉及的膜Ca ²⁺通道还有争论。有人认为，获能和顶体反应所需的Ca ²⁺来源、Ca ²⁺通道不同，前者Ca ²⁺主要来源于胞外，膜Ca ²⁺通道为非电压依赖性Ca ²⁺通道；后者Ca ²⁺主要来源于精子内钙池，Ca ²⁺通道为电压依赖性。然而，最近资料及体细胞的研究成果提示真实机制可能远比这复杂，如现在较为流行的钙池耗竭依赖性Ca ²⁺内流（store-depletion dependent Ca ²⁺influx）理论有可能也适用于黄体酮诱导精子［Ca ²⁺］i升高机制，概述如下：精子外信号如黄体酮激活其PR1以及PR2耦联的PTK，活化PI-PLC，水解磷脂酰肌醇生成IP3和DAG，进而IP3激活精子钙池顶体膜的IP3敏感性Ca ²⁺通道，以释放Ca ²⁺；顶体在释放Ca ²⁺同时，通过目前尚不清楚的途径作用于精子膜，再由还不知道的机制激活精子膜上的一种或多种Ca ²⁺通道如获得性Ca ²⁺通道，使其开放，造成Ca ²⁺内流等。

有趣的是，精子cAMP依赖性蛋白激酶A（protein kinase-A，PKA）的锚蛋白也是酪氨酸激酶胞质作用底物之一，这提示：黄体酮诱导精子的cAMP激活PKA途径与酪氨酸激酶信号途径可能有交叉。

就诱导性顶体反应而言，ZP3可能是最重要的诱导剂。ZP3主要通过以下可能途径诱导精子发生顶体反应（图9-4）：①激活G蛋白耦联型受体。在ZP3诱导的顶体反应中，发挥作用的G蛋白可能是Gi亚族，因为Gi亚族的特异性阻滞剂百日咳毒素能阻断ZP3诱导的顶体反应。也有研究表明，Gq／11亚族参与了ZP3诱发的顶体反应。当G蛋白耦联型受体激活后，还可进一步使精子内pH升高。②激活甘氨酸受体／Cl ^-通道。Cl ^-参与也是ZP3诱导的精子顶体反应所必需，如以Br-取代孵育液中的Cl ^-，ZP3诱发的顶体反应被抑制。但是，与黄体酮不同，（+）-荷包牡丹碱或印防己苦毒素能阻断黄体酮诱发的精子顶体反应，而不影响ZP3诱导的顶体反应，这提示精子膜上还存在另一种受体／Cl ^-通道，以介导ZP3诱发的顶体反应。最近有实验证实，精子主要是顶体周围的质膜上存在甘氨酸受体／Cl ^-通道复合物，该复合物的抑制剂马钱子碱（strychine）在50nmol／L时即能显著抑制ZP3诱发的顶体反应，在1μmol／L时方能抑制黄体酮诱发的顶体反应。此外，甘氨酸与ZP3一样可诱发精子顶体反应，该作用能被50nmol／L马钱子碱抑制，而（+）-荷包牡丹碱则需50μmol／L才能抑制其顶体反应；这些都充分证明了甘氨酸受体／Cl ^-通道复合物参与ZP3诱发的顶体反应，活化的甘氨酸受体／Cl ^-通道会导致Cl ^-外流，以相似于黄体酮激活GABAA受体／Cl ^-通道的方式发挥作用。③T型Ca ²⁺通道开放。当ZP3结合于精子膜后，导致精子膜去极化（膜电位由-60mV升高至-30mV）。该程度的膜去极化能激活T型Ca ²⁺通道，使其开放，造成胞外Ca ²⁺内流，精子［Ca ²⁺］i升高；升高的［Ca ²⁺］i，以及精子内的碱性环境，会进一步诱发精子内钙池持续释放，使精子［Ca ²⁺］i再次稳定升高。

受精是一高度复杂而严格有序的生理过程，广义的受精可分为以下步骤：①精卵识别，包括精子穿透卵丘层、精子与透明带识别和首次结合、精子顶体反应；②精子穿透透明带；③精卵膜融合包括卵子激活；④精卵核融合（图9-5）。

哺乳动物的卵母细胞在卵丘层被放射冠细胞和透明带包围着。关于透明带，研究最多的是小鼠透明带。它是一层具有半通透性、半透明性的多孔状结构，厚度约6.3～7μm。目前知道，它主要由三种糖蛋白组成，按分子量从大到小分别称为mZP1、mZP2、mZP3。透明带蛋白能形成长约2.5μm的细丝。细丝由以ZP2／ZP3异源二聚体为单体的念珠样结构组成。而细丝则借助ZP1／ZP2同源二聚体相互交织成网状结构。该结构使透明带富有弹性，有利于精子穿透。

比较不同动物的透明带蛋白基因结构和由之推测出的各种透明带蛋白质一级结构（表9-1），可以发现以下信息：①不同哺乳动物的三类透明带蛋白ZP1、ZP2、ZP3，其对应透明带蛋白的基因家族外显子组成、编码区长度以及核苷酸序列都高度同源；而同种哺乳动物ZP1、ZP2、ZP3三类基因之间则同源性极小。②各种哺乳动物ZP1、ZP2、ZP3三类蛋白基因家族都含有数目相近的O-连接和N-连接糖基化位点，蛋白质羧基端有极端疏水区。③透明带蛋白基因家族编码区的保守性决定了哺乳动物透明带具有相似的三维结构，但各种透明带蛋白之间也存在一些同源性较小的、具有高度特异性的生物学功能区域，这些区域可能和精卵结合的物种特异性有关。

在受精开始阶段，精子必须穿透卵丘层。卵丘层对精子具有选择性，只允许已获能精子穿越。早期研究发现，豚鼠精子表面含有一膜锚蛋白PH-20（分子量约64kDa），它通过糖基磷脂酰肌醇（glycosylp hosp hatidylinositol，GPI）锚定在精子膜上。结构分析显示，PH-20氨基端与透明质酸酶有较高的同源性，它也具有一定的透明质酸酶活性，能与其他来源的蛋白酶一起，在局部分散卵丘层的放射冠细胞，使精子穿透卵丘层。获能精子超活化运动赋予了精子穿透卵丘层的动力，故在精子穿透卵丘层过程中，它也发挥极其重要的作用。

PH-20几乎存在于所有哺乳动物的精子膜上，有很强的免疫原性。以纯化的豚鼠精子PH-20免疫豚鼠能出现100%的抗生育效果。但是，科学家利用PH-20构建两种性别小鼠的避孕疫苗，但结果发现与对照动物相比，雄性或雌性的生育力没有显著降低，可见重组PH-20不是小鼠免疫避孕中的有效抗原。人精子膜表面也有PH-20的同源物，其基因位于染色体7q31区域。PH-20蛋白除在穿透卵丘层发挥作用外，在以后的穿越透明带过程中也有重要作用。

获能精子在穿越卵丘后，将以十分精确的方式识别、结合透明带。许多研究证实，精子头部膜表面和透明带的糖基互补配对是构成同种精卵特异性结合的分子基础，即在精子膜表面存在相应于卵子透明带表面的互补结构，称之为精子膜透明带结合蛋白，在卵透明带上也存在有相应于精子透明带结合蛋白的配基。现已知道，和精子首先结合的透明带蛋白主要是ZP3。就小鼠而言，83kDa的mZP3含有O-连接和N-连接的寡糖链；在mZP3分子中，被精子识别、结合的是O-连接寡糖链（分子量约为3.9kDa的糖肽）的非还原端α-半乳糖基。当以三氟甲烷磺酸去除小鼠ZP3的糖链后，ZP3就不能在体外阻断精卵结合；以稀碱水解法去除ZP3的O-GalNAc糖链也会有同样效应。若用内切糖苷酶切除N-连接糖链，ZP3仍能抑制精卵结合。可见，ZP3分子中的O-连接GalNAc糖链介导了精子和卵子ZP3的结合。进一步用β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖醛酸酶、神经氨酸酶或β-N-乙酰氨基己糖苷酶处理卵子，发现卵子和精子的结合并未受影响。而纯化的mZP3经半乳糖氧化酶处理后，失去了和精子结合的能力；以NaBH4还原则又恢复其结合精子的能力，这充分表明精子识别的是其O-连接GalNAc糖链上的α-半乳糖基。但最近有人证实是其O-连接寡糖链的乙酰葡萄糖胺基在精卵结合中发挥作用。mZP3和获能精子通过非共价键先是进行松散的、可逆性结合，接着才是牢固的、不可逆性结合。在精子膜表明有数千个mZP3的结合位点；mZP3与之结合后，能诱发精子顶体反应，使精子得以穿透透明带，进入卵周隙，接触卵细胞膜。所以，精子识别、结合透明带，关键是识别mZP3；换言之，精子膜表面存在有mZP3结合蛋白，精子膜mZP3结合蛋白和透明带结合是受精开始的决定性阶段。作为透明带结合蛋白，它至少应该具备以下特征：①存在于顶体完整的精子膜表面，并能结合于ZP3；②以其抗体处理精子能阻断精卵识别和结合；③不能结合于受精卵的透明带；④基因敲除和基因转染研究证实其为精卵识别所必需。大量研究表明，小鼠精子膜mZP3结合蛋白主要有三种候补分子，分别为：SP56、β-1，4-半乳糖苷转移酶和P95。

应用亲和层析法，人们从小鼠精子膜中分离得到了结合mZP3的56kDa糖蛋白，命名为SP56。SP56具有组织特异性，为睾丸组织所特有，它的mRNA仅见于精子细胞及变态精子。SP56是一种精子膜外周蛋白，定位于固定后顶体完整的精子头部质膜，每个精子上约有25 000个SP56分子，这数目与精子上ZP3的结合位点数相近。在顶体反应过程中，SP56有再分布现象，顶体反应后，它即消失。受体-配基结合实验证实它是mZP3的特异性膜结合位点，并主要与mZP3的O-连接寡糖链相识别和特异性结合，若以外源性SP56预先处理卵子，则能阻断精卵结合。

同源性分析显示，仓鼠精子也含有小鼠的SP56及其mRNA的同源成分；而人及豚鼠精子没有其同源结构。

但是SP56作为精子膜透明带结合蛋白仍有许多问题有待于阐明，如：SP56与ZP3结合后能否启动精子顶体反应？作为膜外周蛋白，它如何与信号转导系统发生联系？它是否与跨膜蛋白耦联？同时，至今人们还未发现SP56含有其他与糖基结合的蛋白质所共有的糖基识别区（carbohydrate recognition domain，CRD）等。

GalTase能将UPDGal转移至糖链末端GlcNAc上或游离Glcan上，从而生成Gal-GlcNAc。Miller等首先提出GalTase参与小鼠精卵结合，并提出了一种小鼠精卵结合的模式，即：获能精子，通过其膜表面GalTase和mZP3分子中的GlcNAc结合，诱导精子发生顶体反应；发生顶体反应的精子与mZP2结合，并穿越透明带，进入卵周隙；精卵膜得以结合、融合，最终实现精卵核融合。目前，有以下几方面实验证据支持GalTase是精子膜mZP3结合蛋白：①等位基因T／t突变的T形精子膜GalTase活性增加四倍，其受精能力也相应增加；而膜GalTase活性未发生变化的突变精子受精能力没有变化。②活精子头部膜表面有GalTase定位，它只能选择性识别、结合于mZP3，而不与mZP1、mZP2发生作用。GalTase在顶体反应过程中，从顶体区向顶体后区扩散；顶体反应后GalTase失去了结合mZP3的能力。③α-乳白蛋白能与底物GlcNAc竞争性结合GalTase，提高其K _m值；当乳白蛋白加至体外受精实验中，精子结合透明带的能力受到显著抑制。④在体外受精实验中，GalTase抗体或GalTase抑制剂或纯化的GalTase可以作为“去能因子”，阻止精卵结合。⑤精子膜GalTase表达过量的转基因小鼠，其精子结合mZP3能力显著提高，并对mZP3诱导的顶体反应表现为高度敏感。⑥抗GalTase抗体结合于精子膜GalTase能激活精子发生顶体反应；而受精的卵细胞活化后，其皮质颗粒释放的N-乙酰葡萄糖胺酶能修饰mZP3分子中GalTase的结合位点，使精子失去结合受精卵的能力，而该酶抑制剂则能阻断其效应等。

尽管如此，GalTase作为精子膜mZP3结合蛋白，其种属特性、组织特异性以及结合后能在多大程度上诱导精子顶体反应等问题还未解决。

P95是采用受体配基结合实验方法，从小鼠精子头部膜蛋白中分离、鉴定出的。它的分子量为95kDa，为跨膜蛋白，并具有酪氨酸激酶活性，位于精子顶体区。有大量研究表明，P95是小鼠精子膜的mZP3结合蛋白，或者说至少是mZP3与精子结合的必要成分之一，其主要依据有：①mZP3能激活从精子膜中分离的P95酪氨酸激酶活性，并增加其自身磷酸化程度；同时，mZP3在诱导精子顶体反应时，精子顶体区P95酪氨酸磷酸化水平显著升高。②抗P95单克隆抗体可作为“去能因子”，抑制小鼠精卵结合。③P95具有典型的酪氨酸激酶型受体特征，如配基mZP3可诱导精子膜P95双聚化，激活其自身酪氨酸磷酸化，从而诱导精子发生顶体反应。④酪氨酸激酶抑制剂genistein通过抑制P95活性而抑制了mZP3诱导获能精子发生顶体反应。

但是，要确定P95就是精子膜mZP3结合蛋白，还需要进一步阐明P95的分子特征和其基因结构；需要比较mZP3是否能与P95转染细胞结合并激活其生物学活性；需要研究P95基因敲除的动物精子是否失去结合mZP3的能力等。

此外，20世纪80年代人们在猪精浆中发现了具有相似结构（含有CUB结构域）和相似功能的12～16kDa糖蛋白家族-精子黏附素家族（spermadherins），包括AQN-1、AQN-3、AWN，家族内糖蛋白之间同源性高达到一个新的水平60%，精子黏附素主要由精囊腺分泌，附睪尾部也有较高表达，尽管精子黏附素分子没有CRD同源序列，但它们仍有广泛的糖基结合能力。目前已知道，精子黏附素能识别糖蛋白的O-连接及N-寡糖链的Galβ（1-3）-GalNAc，Galβ（1-4）-GlcNAc糖基，并且与其有较高亲和力；精子黏附素能以阳离子依赖方式结合透明带平衡解离常数达纳米水平。间接免疫荧光研究证实，精子黏附素结合于经附睾移行后的精子头部顶体区成为精子膜外周蛋白，获能前这些糖蛋白覆盖于顶体区形成保护区以防精子不适时的顶体反应，获能后大部分精子黏附素丢失，留下部分与精子膜磷脂共价结合的黏附素，这些黏附素是精子识别、结合于猪透明带的第一受体。体外受精实验也显示，预先与精子黏附素孵育的未受精卵，其精卵结合能力被抑制。上述结果表明，精子黏附素可能为猪精子膜透明带结合蛋白。目前，研究者在马、牛、兔精液中及其精子膜表面也发现了猪精子黏附素的同源物。

目前，人和其他哺乳动物精卵识别机制研究也积累了较多的资料（表9-2）。

综上所述，关于精子mZP3结合蛋白的实验，不同的实验室常有不同的甚至是相互矛盾的结果，这可能与他们的实验方法有关，同时也充分表明了精子和卵透明带结合研究的艰巨性。另外，就与透明带识别、结合的精子膜透明带结合蛋白而言，相对于同一种透明带蛋白并非只有一种透明带结合蛋白，而是有多种，这一方面说明精子和透明带的相互作用涉及多因子、多步骤而十分复杂，另一方面也表明透明带分子中的多种糖基可能同时识别、结合于不同的精子透明带结合蛋白而启动精卵结合；就不同种动物而言，精子膜透明带结合蛋白之间同源性低，差异大，而透明带同源性高，差异小，这一方面表明精卵透明带结合在进化上并非保守，至少精子膜透明带结合蛋白如此，另一方面也可能只是我们能认识的蛋白骨架部分不保守，而我们不了解的糖链部分相似性大，精卵结合过程中又恰恰是糖链部分发挥重要作用，这样精卵结合在进化上仍是保守的。

透明带ZP3识别并结合于精子膜相应的透明带结合蛋白后，启动了精子信号系统，诱导精子发生顶体反应。有关顶体反应详见本章第二节。

一旦启动AR，精子便开始穿透卵子的ZP，该过程伴有多种酶的消化及精子尾部的剧烈运动。在穿透过程中，精子必须通过各种配体受体的相互作用来保证短暂的二次结合，维持与卵子外被的黏附。在小鼠模型中，早期推测ZP2可能是精子二次结合的相关受体，精子胰蛋白酶样蛋白酶起到相应的辅助功能。后续研究推测顶体蛋白酶前体／顶体蛋白酶是与小鼠ZP2相关的互补结合蛋白，在新暴露的顶体内膜与透明带基质间发挥桥梁作用。猪模型的结果表明顶体蛋白酶前体能够识别ZP1参与二次结合，随后转化为顶体蛋白酶，在穿透透明带中发挥重要作用。有趣的是，这与之前报道的海胆结合蛋白与卵黄层的相互作用的机制类似。猪精子的二次结合受体可能是由赤道板迁移到后部的ZP1有关，可见ZP1能辅助精子穿透透明带。该机制较为保守，因为重组的猪ZP1能够与其他五种哺乳动物精子头部赤道板区域结合。另外还找到了多种精-卵结合相关蛋白：①PH-20（糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白）具有透明质酸酶活性，依赖于透明质酸酶对ZP中的透明质酸的不断水解，在精子穿卵丘细胞中具有相关作用。PH-20最初定位于精子质膜，在AR启动后，转运至顶体内膜。②透明带黏附素在猪、小鼠及人类精子中都有发现，但其活性具有种族特异性。③ZP3r是小鼠中发现的另一种黏附分子，可能与顶体蛋白酶一起在精子穿透卵子外被过程中协同发挥作用，然而它在精子-ZP结合中的作用仍有争议。

关于精子结构参与顶体反应激活过程的研究显示，在人类与仓鼠排出的精液中，只有分布于赤道板的蛋白（SPESP）参与了该过程。SPESP1敲除小鼠模型证明，SPESP1的缺失导致精液蛋白的分布异常，同时影响了精子的受精能力，进一步证明了SPESP1在形成具有完整的“融合活性”的精子过程中发挥重要作用。

精子穿透透明带进入卵周隙后，得以与卵膜相接近，随后精子膜与卵细胞膜相互识别、结合、融合。精卵膜结合和融合是两种不同的独立过程，一般而言，精卵膜结合方式多样，特异性不强；而精卵膜融合特异性强。尽管精卵膜融合机制至今未能阐明，但是有一点可以肯定：精卵膜融合也是以各自存在于精子膜、卵上的互相识别、相互配对的互补分子为基础。精子膜和卵细胞膜的融合，主要发生在精子赤道区和头后区，卵细胞的微绒毛集中区。大量研究表明，有多种细胞表面结构参与了精卵膜融合的启动，其中研究较为透彻的是卵膜的整合素（inegrin）和精子膜的受精素（fertilin），它们互为受体-配体关系。

整合素是由α、β亚基以非共价键结合构成的异二聚体跨膜蛋白，目前已发现整合素有16种α亚基和8种β亚基，由此形成一庞大的整合素家族。整合素的α和β亚基都有一个较大的球形胞外区、一个跨膜区和一个较短的胞质区。β亚基的胞外区含有由56个Cys残基组成的4个重复片段。α亚基间的氨基酸序列较β亚基间相差更大，其胞外区含有3～4个二价阳离子结合位点。有些α亚基由一条重链和一条轻链在胞外区经二硫键结合而成。α亚基和β亚基的氨基末端共同构成配基结合区。整合素的胞质区可以与一些细胞骨架结合蛋白连接，在β1亚基、β2亚基胞质区的C端，还存在酪氨酸磷酸化位点，它们可能是β亚基激酶的作用部位。

整合素能介导细胞和细胞间以及细胞和胞外基质间的相互作用。现已证实在人、小鼠和仓鼠卵细胞膜上有α2、α3、α5、α6、αv、αm、β1、β3等整合素亚基表达，但在精卵膜融合中发挥作用的，目前认为主要是整合素α6β1，其主要依据有：①抗α6单体或抗β1多抗能抑制体内精卵膜融合。②表达整合素α6β1细胞能结合于精子，其结合能力显著高于只表达α6或β1的细胞。③β1亚基基因敲除的细胞结合精子能力下降75%等。

受精素，过去被称为PH-30，是存在于精子顶体后区质膜的一种跨膜蛋白，也是由α、β亚基组成的异二聚体。它属于ADAM家族（A disintegrin and a metalloprotease，ADAM），具有ADAM家族成员的相似结构，包括信号肽序列、前体区、金属酶结构域、解离素结构域、富含半胱氨酸区、表皮生长因子样重复单元、跨膜区和短胞质区（图9-6）。

其中解离素结构域与整合素有高度亲和力，而且重组的解离素肽段能在体外促进脂质体的融合。受精素的α、β亚基在整合至精子膜的前后经历了一系列加工过程。但是，α、β亚基的加工分别发生于精子发育的不同阶段。α亚基的加工进行于睾丸精子发生过程中，主要是蛋白酶切去金属酶结构域和解离素结构域；β亚基的加工是在附睾精子成熟过程中完成的，主要是切去金属酶结构域。以下一些实验证据表明，精子膜受精素作为整合素的受体，在精卵膜融合中有重要作用：①受精素定位于精子头部顶体后区，而精卵膜融合启动首先发生于该区域。②抗受精素抗体能在体外抑制精卵结合。③序列分析显示受精素β亚基的成熟形式含有解离素结构域，α亚基的成熟形式无解离素结构域，但含有病毒融合蛋白的同源序列；重组的受精素β亚基能与卵膜结合，并抑制体外精卵膜融合，而无解离素的α亚基不能结合于卵膜；重组的α亚基无论有否解离素都能与卵膜有效结合，并均可在体外抑制精卵膜融合，这表明受精素的β亚基可能主要结合与卵膜整合素，α亚基可能参与膜融合。④编码β亚基解离素结构域的外显子（受精素第14外显子）被敲除后，雄性小鼠（受精素β-／-）的精子数量、形态、活动力均正常；获能和自发性顶体反应的发生率以及所需时间都与正常小鼠无显著差异。但是在体外，这些小鼠精子与去透明带的卵母细胞结合、融合能力显著低于正常小鼠。有意义的是受精素β-／-雄性小鼠的精子，失去了结合透明带的能力；并且精子能顺利进入子宫腔，活力、形态均正常，但这些精子不能到达输卵管。

受病毒与宿主细胞融合模型启发，结合上述实验资料，有人提出了一种精卵膜融合的模式，概述如下：精子发生顶体反应后，其质膜表面与融合相关成分进一步聚集，如受精素；聚集的精子受精素β亚基和卵膜整合素相互作用，诱导受精素的构象变化，暴露受精素α亚基的融合蛋白结构域；融合蛋白结合于卵膜亲水区α螺旋或β片层结构，形成融合蛋白复合体；诱导精卵膜的半融合，从而启动精卵膜融合，随后在卵膜上形成融合小孔并最后开放，使精子核进入卵细胞内。

然而，精卵膜融合是否就是受精素和整合素相互作用的结果仍有许多问题有待于实验证实，如至今仍没有获得精子受精素和卵膜整合素直接作用的证据；同时，上述实验结果主要来自于小鼠，人及其他哺乳动物精卵膜融合可能与其存在不同之处，如人类有小鼠受精素β亚基的同源基因，但只有α亚基的假基因，这表明人类精卵膜融合可能没有受精素α亚基的参与，人类精卵膜融合可能存在其他机制。

当精卵膜融合时其他精子再进入即被阻止，以防止多精受精。对于哺乳动物来说，多精受精是有害的；即使受精，其胚胎也会早期死亡，这是确保物种稳定的重要手段。然而，两栖类和鸟类受精时，允许多精子进入卵细胞，但多余的精子在卵细胞内会被破坏。在精卵融合的短时间内，卵子透明带的精子受体迅速发生分子修饰，失去与精子结合的能力，从而阻止其他精子黏附，这是一种快速阻断多精受精的机制。而受精膜的形成则为另一种永久阻断多精受精的机制，详见本节“卵子激活”。

受精前的卵母细胞停留在第二次减数分裂的分裂中期，细胞内基因转录、蛋白质合成基本停止，细胞代谢处于高度抑制状态。只有当精子膜和卵母细胞膜结合、融合后，才能解除卵母细胞的这种代谢抑制状态，使卵母细胞从“沉睡”状态被唤醒，恢复并完成第二次减数分裂，启动胚胎早期发育程序，该过程即为卵子激活。

卵子激活触发了一连串事件，包括：

细胞内游离的钙离子水平的上升几乎是一个普遍的信号分子，能够触发导致卵母细胞激活的一系列事件的发生。前期研究证实钙离子载体能够诱导卵母细胞激活，海洋动物中首次发现钙离子水平的暴发性升高，提示离子峰能够诱导卵母细胞的激活。随后在其他物种中也发现了钙离子的改变，说明这是一个在各物种间保守的卵母细胞激活过程相关的事件。胞质中钙离子的大量增加表现出很多样的形式，包括非哺乳动物中单一的短暂的离子峰的出现，和哺乳动物当中周期性的摆动的出现，其幅度和频次对于成功的卵母细胞激活和胚胎的发育有着重要作用。研究证实在金色仓鼠中，卵母细胞在和精子相互作用以后反复的高极化状态和周期性的钙离子浓度变化相关。这种观点进一步在小鼠卵母细胞当中得到了证实，激活的卵母细胞当中出现了持续的钙离子振荡，它是从短暂的升高开始，并保留在某个程度持续约2到30分钟甚至几小时。首次直接检测到人类卵母细胞受精时胞质当中的钙离子浓度改变早在20世纪90年代。这些学者同时研究了含透明带和去透明带的受精后的卵母细胞，记录其各自细胞内钙离子浓度瞬间改变的幅度、持续时间和频率，结果与小鼠当中检测到的相似。事实证明钙离子振荡是细胞周期依赖的，它们在原核形成时停止了，而这个时期被认为是卵母细胞激活的终点。

早期研究已表明，受精诱导Ca ²⁺波的Ca ²⁺主要来自于细胞内钙库的Ca ²⁺释放，但胞外Ca ²⁺对于Ca ²⁺波的维持至关重要。在无胞外Ca ²⁺的环境下，精卵融合仍可诱导卵母细胞内Ca ²⁺波动数次，但很快终止。若在胞外环境中加入Ca ²⁺后，卵母细胞Ca ²⁺波仍可恢复。进一步实验表明，升高胞外Ca ²⁺浓度可使Ca ²⁺波的频率加快；而降低胞外Ca ²⁺浓度则会放慢Ca ²⁺波的频率。

后来的研究证实钙离子振荡也是非哺乳动物比如不同的海鞘类物种的卵母细胞激活的必要特征。过去的几十年的研究主要集中在钙离子信号的动态变化方面，探讨钙离子波和振荡是如何转化为卵母细胞应答的。在棘皮动物中，胞质膜的去极化导致电压特异性的钙离子通道开放，从而引发了钙离子进入质膜，导致钙离子的首次升高。而这种钙离子内流会导致进一步的去极化，对于防止多精受精发着了作用。在大多数情况下，钙离子的内流是由钙离子库的耗尽所介导的，这种机制被称作容受性钙离子内流或者操纵性钙内流（SOCE）。在这种机制中有很多中分子的参与，包括STIM、ORAI、SERCA等共同重新填满钙离子库用以产生新的钙离子振荡。虽然后者是钙离子内流的普遍接受的机制，但是在小鼠卵母细胞激活的完成过程中也发现了另一种离子通道活性的机制，认为SOCE并不是唯一的机制。钙离子库的形成主要来源于光面型内质网，光面型内质网中含有IP3和兰诺定受体。IP3Ⅰ型受体在哺乳动物的钙离子振荡过程中发挥着重要的作用。除外IP3，其他的钙离子流动的介质，被称为异卵双生信使的cADPR和烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸（NAADP），参与到了细胞内的钙离子库的调动。虽然cADPR和NAADP都没有被完全研究清楚，但是前者被认为能够调动兰诺定受体介导的CICR，在海胆的卵母细胞当中证实cADPR参与到了NO刺激的钙离子调动通路。在同一物种当中研究发现NAADP诱导的钙离子上升似乎是由一种新的钙离子通道称作双孔通道所调控的。这个发现对于信使、细胞内钙离子库和离子通道在卵母细胞受精后激活时的钙离子波的发生中协同作用有了新的阐述。钙离子振荡是如何发生的以及它发生以后的下游事件一直是研究的主题。值得注意的是，钙离子和细胞周期控制元件相互作用的机制依赖于APC和细胞周期蛋白的降解。然而，钙离子信号是如何诱导减数分裂重新启动的分子机制依然不清楚。

Ca ²⁺波的出现和维持是卵子激活的物质基础和中心环节。大量实验证实，卵母细胞胞质内游离Ca ²⁺浓度升高可介导卵母细胞的皮质颗粒释放。［Ca ²⁺］i升高，还会导致细胞生长抑制因子（cytostatic factor，CSF）（CSF是c-mos表达产物，其活性只出现于生殖细胞）活性消失并不再回升。CSF活性消失造成cyclinB去磷酸化以及降解，随之，成熟促进因子（maturation promoting factor，MPF）活性消失，磷酸酶活性增强，去磷酸化反应过程加强，启动细胞周期，使休止于第二次减数分裂中期的卵母细胞恢复分裂，完成第二次减数分裂并启动胚胎早期发育程序。

研究发现［Ca ²⁺］i升高一次即足以诱导皮质颗粒释放并激活卵子，如通常使用乙醇、钙离子载体或电刺激处理卵子都可诱导卵子孤雌激活，而这些刺激一般仅诱导卵母细胞［Ca ²⁺］i升高一次。但是，孤雌激活成功与否取决于卵龄，卵龄越大越容易激活。上述诱导卵子孤雌激活的理化刺激不能有效激活刚排出不久的卵子。若用多次电刺激诱导卵子多次［Ca ²⁺］i升高，模拟受精诱导的Ca ²⁺波，则发现多次［Ca ²⁺］i升高诱导的卵子激活率及激活后卵子发育成囊胚的比例远远高于一次［Ca ²⁺］i升高。这表明Ca ²⁺波可能对胚胎发育有重要作用。

Ca ²⁺波引起皮质颗粒快速、大量释放皮质颗粒是位于卵膜下的与溶酶体相似的细胞器，直径20～30nm，其内容物具有水解酶活性。在Ca ²⁺波的作用下，皮质颗粒释放其内容物至卵周隙，一方面产生游离的、能膨胀的凝胶状物质，另一方面其释放的水解酶对透明带蛋白进行修饰，改变了透明带的性质，使之硬化（hardening），起到永久阻断多余的精子进入的作用，这对于防止多精受精具有重要意义。

同时，精卵融合时，卵母细胞的细胞膜也发生了变化，使其不再与其他精子结合，从而也有阻止多精受精的作用。

［Ca ²⁺］i升高，以及细胞内pH升高，这些变化使得储存在核糖核蛋白颗粒中的mRNA释放，并有新蛋白表达，如大量的组蛋白就在此时生成，为卵裂过程中染色体复制做准备。

精卵融合时，精子的线粒体随精子核一起进入卵母细胞。遗传学分析表明，只有卵母细胞的线粒体存活，精子的线粒体迅速消失。受精前，卵内的线粒体分布均匀；受精后，线粒体先是位于雌原核周围，在纺锤体形成时，它则位于纺锤体的两极。受精时，卵母细胞内的中心体已消失，精子核附近的中心体在穿入卵后，发出许多微管束，形成一所谓spermaster的结构，它在吸引雌原核靠近雄原核过程中发挥重要作用。

见本节精卵核融合部分。

卵子激活的机制仍未完全阐明，概括已有的研究资料，主要有两种学说，即受体学说和融合学说。

许多人认为卵子激活的发生机制类似于体细胞，即精卵膜融合时，精子表面配基结合并激活卵细胞膜相应受体，生成第二信使；第二信使触发了胞内瀑布式的级联反应，从而激活卵子。目前有三种信号转导模型学说被认为与卵子激活相关，即：G蛋白及其耦联受体介导的跨膜信号转导学说，整合素介导的信号转导学说，酪氨酸蛋白激酶受体介导的跨膜信号转导学说（图9-7）。

该模型认为在精卵膜融合时，精子膜上的配基与卵母细胞膜表面的相应精子受体结合，激活了与其耦联的G蛋白，随之PLC被活化；PLC使膜上的磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）裂解产生第二信使物质IP3和DAG。水溶性的IP3进入细胞质，首先与卵母细胞内质网上IP3敏感性钙库的IP3受体相结合，导致Ca ²⁺从内质网释放入胞质；局部释放的Ca ²⁺又可刺激内质网上附近的ryanodine敏感性钙库引起Ca ²⁺进一步释放。储存在内质网中Ca ²⁺的分别被分隔成独立的部分在起作用。从第一个分隔体释放的Ca ²⁺刺激第二个分隔体中Ca ²⁺的释放，依此类推，Ca ²⁺沿钙库排列方向向胞质其他方向呈暴发性传递至整个卵母细胞，形成所谓Ca ²⁺波。钙库排空后对IP3和ryanodine的敏感性立即降低，使排空的钙库对外来的连续刺激产生一个不应期。与此同时，钙库Ca ²⁺排空后会使细胞产生一种信号分子，开放质膜上的Ca ²⁺通道，使胞外Ca ²⁺内流，即前述的钙池耗竭依赖性Ca ²⁺内流。胞外Ca ²⁺内流后使排空的钙库再次充盈，并恢复对IP3和ryanodine的敏感性，从而引起第二次Ca ²⁺释放。这种周而复始的过程导致卵母细胞胞质内Ca ²⁺的时空变化以有规律的Ca ²⁺波形式出现。同时，脂溶性的DAG整合于卵膜中，激活PKC。被激活的PKC催化卵母细胞内多种特异性底物磷酸化，包括细胞膜上的离子通道，由此，卵子激活。

支持G蛋白及其耦联受体介导的跨膜转导模型的实验依据有以下几类：①G蛋白以及G蛋白下游分子的激动剂或拮抗剂的应用：将GTPγs用微注射方法引入未受精的卵母细胞发现，GTPγs能诱导与受精时相似的［Ca ²⁺］i升高和Ca ²⁺波特征，并有皮质颗粒释放。在未受精的卵母细胞中微注射入IP3后，卵母细胞也有与受精一致的表现。若以GDPβs注射入卵母细胞，则可抑制受精诱导的升高，但不能阻断微注射IP3诱导的Ca ²⁺反应。若将抗IP3受体微注射入未受精的卵母细胞，则能产生相似于受精诱导的Ca ²⁺变化以及卵子激活的一系列反应。②转基因研究：应用乙酰胆碱处理膜上表达有人乙酰胆碱受体的小鼠卵母细胞，卵母细胞出现卵子激活的一系列现象；阿托品、GDPβs则可阻断乙酰胆碱的效应。应用5-HT处理豚鼠卵母细胞或以carbachol处理小鼠卵母细胞，也能产生受精类似的反应。

此外，小G蛋白对卵子激活，尤其是对卵子激活后期反应具有十分重要的作用。如将ADP-核糖基化转移酶C3（小G蛋白Rho的抑制剂）注入卵母细胞，尽管不能阻断受精后的卵母细胞减数分裂和皮质颗粒释放，但能抑制卵母细胞排出第二极体和卵裂。

近年来，关于整合素介导的信号转导途径的研究已取得了很大的进展。研究表明，当整合素介导的信号转导途径被激活后，可活化多条细胞内信号转导途径，包括：①导致细胞内游离Ca ²⁺浓度升高；②使胞内pH升高；③激活黏附蛋白激酶（FAK）、整合素相关激酶（ILK）等酪氨酸蛋白激酶；④激活PKC；⑤活化RhO、磷酸肌醇-4-磷酸-5-激酶（PI-3k）和磷酸肌醇-4-磷酸-5-激酶；⑥MAPK和JNK通路被激活等。故整合素介导的信号转导途径可能参与细胞骨架重构、基因表达的调节，在受精、细胞增殖、分化等生理过程中发挥重要作用。

精卵膜融合可能是卵细胞膜上的整合素与精子膜相应的配基受精素相互作用的结果，所以，卵子激活可能由整合素介导的信号转导系统启动。有以下一些证据支持该模型：①整合素介导的信号转导途径的启动可因整合素区域性分布及其聚集程度不同而异，而精卵膜融合也具有高度区域性特征，二者有相似之处。②卵子激活后的代谢活化，原核形成、有丝分裂启动等细胞生理活动，与整合素介导的信号转导系统激活后的细胞反应有较高的一致性。③RGD能使卵子激活。但是，最近有实验显示，卵子激活与整合素介导的信号转导途径无关。受精素β-／-雄性小鼠的精子与卵子融合后，仍然发生卵子激活，并且与正常小鼠卵子激活无任何差异。

有实验显示，酪氨酸激酶抑制剂能特异性阻断海胆卵子受精的原核形成、DNA合成、卵裂。应用PDGF或FGF处理表达PDGF和FGF嵌合型受体的海胆卵子；应用EGF处理表达EGF受体的爪蟾卵子，它们能分别导致海星卵子、爪蟾卵子的［Ca ²⁺］i升高以及形成受精膜（fertilizational euvolpe）。这充分证明了酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号转导系统参与了低等动物卵子结合。

小鼠卵子激活后也发生了一系列蛋白酪氨酸残基磷酸化，但至今仍不清楚酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号转导系统途径在卵子激活中是否扮演重要角色。而其实哺乳动物卵子激活后期的一些细胞活动也提示，酪氨酸蛋白激酶受体介导的信号转导可能参与了哺乳动物的卵子激活。

融合学说认为，精子内存在某种可溶性因子，在精卵膜融合时，进入卵母细胞内，作用于卵母细胞内靶结构，随之卵子激活（图9-8）。

早在20世纪80年代初，人们就注意到，精卵膜融合和卵母细胞［Ca ²⁺］i升高之间有一时间“延迟”。如海胆精卵膜融合至海胆卵母细胞［Ca ²⁺］i升高、皮质颗粒释放有10～15秒的间隙；爪蟾卵母细胞［Ca ²⁺］i升高也发生于精卵融合后，于是有人提出精卵膜融合时，精子内某种因子进入了卵子内，启动了卵子激活。如海胆精子提取物可直接活化海胆卵子并能诱导卵母细胞［Ca ²⁺］i升高和皮质颗粒释放。进一步研究发现，豚鼠、兔、牛精子可溶性抽取物注入相应的卵细胞胞质内，均能导致卵膜去极化，以及表现有与受精相类似的Ca ²⁺波和皮质颗粒释放、原核形成、卵裂等。有趣的是，将公牛精子的可溶性抽提物注入小鼠或豚鼠卵母细胞，分别能诱导相似于其对公牛卵母细胞的反应。大量的实验证明精子进入卵子的是可溶性蛋白因子而非IP3、cGMP、cAMP、DAG、Ca ²⁺等能直接诱导细胞级联反应的第二信使物质，并且这种因子是精子所特有的。

最近从豚鼠精子中分离了一种能诱导豚鼠卵母细胞产生Ca ²⁺的蛋白质，分子量为33kDa，被命名为“oscillin”。它位于精子顶体附近，可能在精子膜融合时被带入卵母细胞。其基因也已被克隆。值得注意的是，它是葡萄糖胺-6-磷酸酶的同工酶。

有人报道，仅将精子核注入卵子也可激活卵子，这表明除胞质中有激活卵子的信号外，在胞核中也可能存在。

然而，融合学说仍存在较多缺陷，有待于进一步的实验证实。如：①受体介导的卵子激活，在精卵膜融合与Ca ²⁺波形成之间也有时间“延搁”。②精子抽提物注入实验中，精子抽提物的注入量可能远远高于受精时单个精子注入的可溶性因子量。③精子抽提物注入实验结果高度易变，稳定性差。④oscillin注入仅能诱导卵母细胞Ca ²⁺形成，是否能导致皮质颗粒释放、原核形成还不清楚；其基因表达产物是否能直接模拟受精诱导的Ca ²⁺波，其抑制剂能否阻断受精诱导的Ca ²⁺波等，尚不可知。

由此可见，受体学说和融合学说都有各自的实验证据，但也有各自无法解释的问题。受精时，卵子激活可能有受体参加，也可能同时有精子内可溶性蛋白参与。

受精后较短时间内，卵母细胞减数分裂重现开始，卵母细胞只有在MPF和MAPK活性的大幅度下降以后，才能退出减数分裂后期进入间期。在多数不同的物种中，Emil2的降解会刺激APC复合物的蛋白酶解，从而触发周期蛋白B的蛋白水解，最终导致MPF活性的下降。Emil2／Erpl以及cyclinB和MPF间的相互作用是减数分裂重新开始过程当中的关键事件，特别是对中期到后期的转化以及极体的排出过程。然而这一观点也是有争议的，特别是在小鼠当中，直到原核形成前MAPK还是无活性的状态。在卵母细胞当中，受钙离子释放影响并参与到细胞周期重新启动的因子包括有PKC、CAMKII和钙调磷酸酶，而其下游影响因素是激酶和磷酸酶。CAMKII γ亚型敲除的小鼠不能够激活CSF和MPF。基于这个发现以及其他在脊椎动物和哺乳动物当中的研究，CAMKII似乎作为一个钙离子信号刺激后关键的中间介质，最终导致Emil2／Erpl的磷酸化和水解。随着其水解，Cdk I／cyclin B会失活并发生减数分裂的重新启动。这种机制被认为是钙离子释放和MPF失活之间的联系。其他一些钙离子和MPF失活之间的关联尚需进一步的研究。然而，在某些哺乳动物当中，CSF降解的延迟也许和Mos的降解和MAPK的失活相关，这一理论在海鞘的卵母细胞当中也得以证实。

目前的研究主要集中在锌离子水平的下降，其似乎同时参与到了卵母细胞激活和减数分裂重新开始的激活通路当中。在小鼠当中，锌离子是卵母细胞受精时释放的，并且似乎是受到钙离子信号诱导的。锌离子释放也证实与Emil2活性的调节和Cdk1／Cdc2的磷酸化有关，从而参与到了减数分裂重新开始的过程。特别的是，哺乳动物受精时检测到的锌离子峰证实与母胚转换过程相关，确立了哺乳动物卵母细胞的减数分裂细胞周期调控中锌离子依赖的通路的作用。卵母细胞减数分裂重新启动非必需的大分子物质包括蛋白质和RNA，也发生了巨大的变化。蛋白质组成成分的改变是其主要特征，主要表现为母源蛋白的大量降解。发生这些改变主要是因为发生了一系列的蛋白质降解、磷酸化、翻译后修饰以及新的母源RNA的翻译。胞质的多聚腺苷酸化包括mRNA转运到胞质以后polyA尾的延长。这种现象在很多物种，包括脊椎动物到哺乳动物当中的卵母细胞和早期胚胎中都有所发现，并被普遍认为是某些特异的mRNA进行蛋白表达的调控机制。这一过程（胞质多聚腺苷酸化元件以及它们所结合的蛋白质）的介质已经被研究得非常细致，并且最近也有了新的发现。小鼠早期胚胎中母源mRNA的降解是从卵母细胞减数分裂成熟的最后阶段开始的。可降解的母源RNA和蛋白质的降解是植入前胚胎发育的一个普遍特征，并持续到母胚转换时期，甚至在某些情况下还会持续得更久。早期胚胎中mRNA的选择性降解的机制尚不清楚，不过有研究显示microRNA似乎会影响翻译的过程从而在这个调控过程中发挥了有趣的作用。卵母细胞减数分裂启动后，将会完成第二次减数分裂，排出第二极体，卵母细胞形成了形态不规则，最后转变为球形的雌原核。在当精子核进入卵子内，在类固醇激素调控下，卵子内的雄原核生长因子，使精子核膜解体，高度浓缩的染色质肿胀、解聚，新的核膜形成，此称为雄原核。在细胞骨架的作用下，雌原核、雄原核相互靠近，最后完全融合；随后，染色体浓缩，原核膜破裂、消失，精卵染色体组合于一起，形成了合子染色体组，受精至此结束。

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