纺锤体观测技术在辅助生殖技术中的应用（一）

纺锤体是是产生于细胞分裂前初期到末期的一种特殊细胞器，因其形状酷似纺锤，人们便给它起了这个好听的名字。在细胞分裂中，纺锤体主要有两个作用。其一为排列与分裂染色体纺锤体，另一功能为决定胞质分裂的分裂面。

什么是纺锤体？它有多重要？

分管细胞分裂增殖的纺锤体主要由微管蛋白组成，微管蛋白是一种含有α和β亚单位的异二聚体。纺锤体的结构不是一成不变的，常常处于组装和去组装的动态变化过程中，一般在细胞分裂的中、后期，纺锤体形态较为典型。纺锤体就像一位聪明的大力士的双手，在细胞分裂过程中，能精准的将一对染色体分别平均拉向细胞的两极，确保分裂后的2个细胞中的染色体数目相等。但是，如果这个大力士多了一只或几只手，染色体的分配将会紊乱。

在细胞分裂过程中，纺锤体对卵母细胞染色体的平衡、运动、分配和极体的排出非常关键。卵母细胞成熟过程中的两次减数分裂，形成第一次纺锤体和第二次纺锤体，卵母细胞受精、雌雄原核融合后又会形成有丝分裂纺锤体。纺锤体异常（如下图中2、3、4）会导致非整倍体，纺锤体损伤的增加多见于高龄妇女或接触某些化学物质中毒的卵母细胞。

（图： 免疫荧光法显示不同形态的纺锤体（绿色）牵引染色体（红色和蓝色），1示正常的纺锤体，2、3、4示异常的多极纺锤体）

如何观察纺锤体的？

在普通光学显微镜下，人类卵母细胞是半透明的，无法对纺锤体的结构进行观察和分析。传统方法是用一种特异的DNA荧光染料对卵母细胞染色，在紫外光下可显示纺锤体，但这种免疫荧光方法对卵母细胞有损伤，不能应用于临床。

有没有更好的方法来观测纺锤体呢？

双折射性是高度有序排列分子的一种光学特性，而纺锤体恰好具有这一特性。根据这一特性，美国海洋生物学实验室的R．Oldenbourg等开发出偏振光显微镜。当具有双折射性的样品受到偏振光的照射时，会折射成两束互相垂直的光轴，由于光沿着这两个轴行进的速度不同，形成光程差。偏振光显微镜可以检测到偏振光经过双折射性的样品时产生的光程差。它是一种无创性的观察和分析纺锤体动态结构的显微观测系统，所以，我们也叫它纺锤体观测仪。它不仅能对双折射性纺锤体信号进行定性分析，还能对信号的强弱进行定量分析。

纺锤体观测仪使ICSI更加安全可靠

最初人们观察在人体内成熟的卵母细胞时，发现纺锤体的位置与第一极体是有较高的一致性。推测卵母细胞纺锤体位于第一极体附近，故传统的ICSI操作是转动卵母细胞使其第一极体位于6点或12点处，然后在3点处注入精子。

（图： 普通光学显微镜下ICSI）

但是，在大量的ICSI操作中使用纺锤体观测仪观察，发现第一极体并不能很好地预测成熟卵母细胞纺锤体的位置。

C. Korkmaz et al. Gynecological Endocrinology, 2011

（图： 纺锤体观测仪观察纺锤体与第一极体（红色箭头）的夹角。P1夹角小于30°，P2/3夹角大于30°，P4纺锤体与第一极体远离，P5未观察到纺锤体，P6纺锤体与第一极体相连）

研究结果发现，ICSI后再用纺锤体观测仪观察纺锤体与第一极体的夹角，小于30°组的卵母细胞正常受精率更高，因为避免了穿刺注射时对纺锤体的损伤。

极体在卵周隙中的移动，或者纺锤体在胞质中的易位都使两者的位置关系发生改变，普通光学显微镜下ICSI穿刺部位的选择，可能会损伤纺锤体和(或)造成染色体的异常。通过纺锤体观测仪，可以精确地对卵母细胞中纺锤体的位置进行定位，从而避免在ICSI过程中损伤纺锤体，使ICSI更加安全可靠。

有文献报道ICSI中观察到双折射纺锤体的成熟卵母细胞的受精率和优质胚胎率显著高于未观察到双折射纺锤体组。也有学者发现，有些卵母细胞在普通光学显微镜下看到是正常的，但在纺锤体观测仪这个“照妖镜”下，就能显出原形，有第一极体、但缺乏双折射的纺锤体的卵母细胞，在ICSI后的受精率和妊娠率极低。

（图：IVF后未排出第二极体的卵母细胞。A：含有1个纺锤体，B：含有两个纺锤体）

结语：纺锤体的完整性和正常功能对于卵母细胞的发育潜能起着重要的作用，而对于纺锤体无创伤性的观察，可以应用在人类辅助生殖的各个方面，可以有助于选择具有正常纺锤体的卵母细胞行ICSI，有助于提高受精率，同时有助于线粒体移植技术的发展。希望今后纺锤体观测仪提供的卵母细胞的重要信息，在辅助生殖技术中获得更好的结果，在人类辅助生殖技术领域有着更广阔的应用前景。