許多研究PIWI的動(dòng)物模型中都證明了PIWI對(duì)生殖細(xì)胞發(fā)育的分化的重要作用，然而PIWI在人類生殖細(xì)胞發(fā)育分化中的功能并不清楚。文章檢測(cè)了413例無(wú)精癥患者Piwi基因上一個(gè)在脊椎動(dòng)物中十分保守的D-Box序列中是否存在突變。測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)了3例無(wú)精癥患者身上存在Piwi D-Box突變。生化實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)這類突變導(dǎo)致了PIWI蛋白泛素化缺陷，但是不影響PIWI對(duì)靶RNA分子的切割作用以及piRNA-loading的功能。Piwi D-Box突變不僅導(dǎo)致MIWI突變體蛋白在細(xì)胞質(zhì)中的累積，而且抑制了RNF8泛素連接酶入核，從而影響精子發(fā)生過(guò)程中組蛋白的泛素化以及進(jìn)一步的“組蛋白-魚(yú)精蛋白替換”過(guò)程。這項(xiàng)研究的重要意義在于首次發(fā)現(xiàn)人類Piwi基因突變可導(dǎo)致男性不育，深入揭示了其致病機(jī)理，并為相關(guān)男性不育癥的精準(zhǔn)醫(yī)療提供了理論基礎(chǔ)和方法策略。

在國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目編號(hào)：31325008，91640201，91419307）等資助下，中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所劉默芳研究組與上海市計(jì)劃生育科學(xué)研究所施惠娟研究組合作在Piwi基因突變致男性不育研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Ubiquitination-deficient Mutations in Human Piwi Cause Male Infertility by Impairing Histone-to-Protamine Exchange during Spermiogenesis”（拮抗泛素化的人Piwi基因突變，通過(guò)阻止精子變形過(guò)程中魚(yú)精蛋白對(duì)組蛋白的置換，導(dǎo)致男性不育）為題于2017年5月25日在線發(fā)表在Cell上。論文鏈接：http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30488-9。

　　近年來(lái)，隨著全球人口出生率持續(xù)緩慢增長(zhǎng)及人口老齡化加劇，不孕不育已逐漸由單純的醫(yī)學(xué)問(wèn)題演變?yōu)閭涫荜P(guān)注的社會(huì)問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)的不孕不育夫婦中，男性因素約占50%，非梗阻性無(wú)精、弱精及精子畸形是造成男性不育的重要原因，但其致病原因及機(jī)制還不甚了解，導(dǎo)致臨床診斷和治療策略極其有限。Piwi基因是在動(dòng)物中進(jìn)化保守的Argonaute亞家族成員，特異性地在動(dòng)物生殖系細(xì)胞中表達(dá)。在高等動(dòng)物中，Piwi則主要在雄性生殖細(xì)胞中表達(dá)。PIWI蛋白質(zhì)特異性地結(jié)合一類被稱為piRNA的小分子非編碼調(diào)控RNA，形成piRNA/PIWI功能復(fù)合物，通過(guò)沉默生殖系細(xì)胞中的轉(zhuǎn)座元件及調(diào)控其它下游靶RNA分子，維持生殖細(xì)胞基因組穩(wěn)定，為動(dòng)物生殖細(xì)胞發(fā)育分化所必需。在小鼠中敲除Piwi基因致雄性不育，但對(duì)雌性個(gè)體的生育則無(wú)明顯影響。人基因組共編碼了4個(gè)PIWI蛋白，均在睪丸組織高表達(dá)，但到目前為止，關(guān)于PIWI蛋白在人類精子發(fā)生中的功能還未見(jiàn)任何報(bào)道，對(duì)Piwi基因突變?cè)谀行圆挥Y發(fā)生中的作用也幾乎是一無(wú)所知。

　　劉默芳與施惠娟研究團(tuán)隊(duì)從篩無(wú)精、弱精癥患者中鑒定到拮抗HIWI蛋白泛素化修飾降解的D-box突變，將此類突變條件型敲入小鼠Piwi基因（Miwi），導(dǎo)致小鼠雄性不育，少精，精子形態(tài)異常、細(xì)胞核結(jié)構(gòu)疏松、無(wú)活力。研究揭示，D-box突變使MIWI蛋白不能被泛素化修飾降解，導(dǎo)致MIWI蛋白異常積累在后期精子細(xì)胞中，造成組蛋白泛素連接酶RNF8被MIWI扣留、不能入核，進(jìn)而抑制了組蛋白泛素化修飾及組蛋白-魚(yú)精蛋白交換的啟動(dòng)，使得精子變形受阻。而阻斷MIWI對(duì)RNF8的扣留可逆轉(zhuǎn)組蛋白-魚(yú)精蛋白交換，恢復(fù)精子活動(dòng)能力，這一策略可用于治療這類無(wú)精癥/少弱精癥。這項(xiàng)研究成果首次證明Piwi基因突變可致男性不育，并為這類不育癥的早期分子診斷及臨床治療提供了理論依據(jù)和方法策略。

　　該項(xiàng)研究工作是一項(xiàng)從人類遺傳學(xué)到動(dòng)物模型、分子機(jī)理及至治療策略探索的系統(tǒng)研究，得到了美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校付向東教授、上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院李崢教授、中科院生化與細(xì)胞所李黨生研究員、李勁松研究員和吳立剛研究員等的大力協(xié)助。