受精及早期胚胎发育过程

妊娠以受精开始，以子代出生为结束，因此，受精意味着新生命的开始。卵子和精子一旦排出，如果精卵相遇并受精，精卵得以继续存活，否则会在1～2天内死亡。受精后卵子的发育程序被激活，两个配子的单倍体核合成一个新的双倍体生物。受精的机制被广泛研究，但目前仍不完全清楚。每次性交有上亿精子进入女性生殖道，但到达输卵管受精部位精子仅有200个左右，最终受精的通常只有一个精子。人类自然受精过程是在输卵管内完成的，但随着科技的发展，辅助生殖技术实现了体外受精。

一、受精

受精（fertilization）是指精子穿入卵子形成受精卵的过程。自然受精的发生必须具备一定的先决条件，即精子具有运动能力和获能，同时有正常的卵子发生和排卵。受精过程是严格有序的生理过程，包括：精卵识别、精子发生顶体反应并穿透透明带、精卵质膜融合、卵子皮质反应阻止多精子入卵、雌雄原核形成与融合。

受精一般发生在输卵管壶腹部，排卵后12小时内，整个受精过程大约持续24小时。排卵后卵子能受精的时间究竟多长尚不清楚，据估计大概是12～24小时，但是IVF过程采集的不成熟卵子在孵育36小时后仍能受精。人类精子的可受精时间同样不清楚，通常认为是48～72小时，此后，尽管精子仍有活动能力但失去了受精能力。排卵前3天内性交妊娠发生率较高。

（一）精子的成熟和获能

哺乳动物射出精液中的精子并不具备受精能力，必须获能才能受精。因此，获能（capacitation）是精子与卵子结合的必要前提条件。精子的获能过程是在生殖道内完成的，通过这个过程，精子不仅成熟而且获得了超激活运动能力，这使精子能穿过漫长的生殖道并具备穿透卵丘和透明带与卵子结合的能力。

1.精子成熟和获能

由生精小管发生并释放入管腔的精子虽在形态上已经成熟，但并不具备向前运动和受精的能力。当精子经过生精小管、直精小管、输出小管转运至附睾时，附睾管上皮细胞分泌的雄激素、卡泥汀、甘油磷酸胆碱及唾液酸等物质作用于精子，经过8～10天的进一步成熟和发育，精子在代谢、能量储备、质膜特性等方面发生巨大的变化，同时精子具备了向前运动的能力和使卵子受精的潜能。然而，由于精子表面被覆附睾分泌的去能因子（decapacitation factor，DF）或顶体稳定因子（acrosome stabilizing factor），此时的精子仍然不能释放顶体酶，所以不具备穿透放射冠和透明带的能力。只有当精子通过女性生殖道时，在女性生殖道分泌的某些化学物质的作用下，经历一系列的生化和生理的变化，去除DF，才能最终获得受精能力，这就是精子的获能。

2.精子获能时的变化

精子获能时发生一系列变化，包括精子膜、精子运动及精子代谢变化等。精子膜的变化是精子获能过程的主要变化，包括膜受体变化、膜流动性变化和膜结构变化，这些变化有利于精子获能；精子获能后其运动能力和方式发生显著变化，呈现一种超激活运动或鞭打样运动，精子头部侧摆幅度和频率增加，有利于精子穿过透明带；精子获能时的耗氧量明显增加，通过有氧氧化和糖酵解两种方式供应能量，有利于提供精子增强运动所需能量。精子获能后主要具有以下三个方面的能力：①结合卵细胞透明带并发生顶体反应的能力；②精子的超激活运动有利于精子进入卵细胞的能力；③与卵细胞融合的能力。

3.精子获能的机制

获能伴随着质膜重组、离子通道的调节、胆固醇的流失以及许多蛋白磷酸化状态的改变，获能同时受到内在和外在因子的调节，其中胆固醇、HCO ₃ ^- 、Ca ²⁺ 以及蛋白磷酸化在精子获能过程中发挥着重要作用。

（1）质膜上的胆固醇流失：获能精子细胞膜表面胆固醇外流，导致胆固醇/磷脂的比例下降及膜流动性升高，膜表面蛋白质重组，使质膜离子通道发生改变，影响细胞内外离子的分布，精子细胞体积也可发生改变。体外诱导胆固醇流失的物质主要有：白蛋白、β-环糊精（MBCD）、高密度脂蛋白（HDL）。

（2）离子浓度改变：在获能过程中蛋白磷酸化及蛋白激酶活性发生变化，HCO ₃ ^- 浓度增加，胞内Ca ²⁺ 、pH及cAMP浓度增加。Ca ²⁺ 通过浓度和分布的变化调节精子，射精之后，精液中的Ca ²⁺ 和HCO ₃ ^- 迅速通过钙离子通道进入精子，Na ⁺ /HCO ₃ ^- 通过协同运输进入精子。Ca ²⁺ 和HCO ₃ ^- 是精子获能过程的第二信使，Ca ²⁺ 和HCO ₃ ^- 的流入激活了精子的信号级联反应。

（3）蛋白磷酸化及信号途径：激活精子发生顶体反应前，在女性生殖道内历经了一系列的生化的修饰过程和信号激活。Ca ²⁺ 和HCO ₃ ^- 激活的信号级联反应包括：①腺苷酸环化酶的激活及cAMP的形成；②蛋白激酶A（PKA）或其他蛋白激酶的激活；③蛋白酪氨酸磷酸化：蛋白酪氨酸磷酸化是精子获能后期的标志性变化。所有这些变化最终使精子获得受精的能力。