当处于中期II的卵母细胞与精子细胞融合形成受精卵时，人类的成功繁殖就开始了。在人类卵母细胞中，减数分裂细胞周期从新生儿卵巢开始，并在减数分裂的前期I暂停，直到青春期排卵时，促黄体激素的激增刺激卵母细胞恢复减数分裂，这导致卵母细胞从中期I进展到中期II。在前期发育停滞的卵母细胞具有完整的细胞核，称为生发泡，而已恢复减数分裂的卵母细胞的特征在于生发泡的破坏。在生发泡破裂后，通过挤压极体和不对称分裂完成中期I. 成熟的卵母细胞再次在中期II发育停滞。在大多数哺乳动物中，这是卵母细胞成功受精的唯一阶段。
体外受精（IVF）现在占全世界出生人数的1％至3％，在卵巢刺激和人绒毛膜促性腺激素给药后，一些卵母细胞有可能保持不成熟，但据报道，有少数妇女卵母细胞成熟完全停止，而我们对这种情况的遗传原因一无所知。
方法
24名入组患者来自上海交通大学附属第九人民医院、上海集爱遗传与不育诊疗中心、陕西妇幼保健服务中心。我们对1号家系的三名女性患者和两名对照进行全外显子测序，候选位点筛选标准为：三个患者都携带、正常对照不携带、正常人群（千人基因组、ESP、ExAC）等位基因频率小于千分之一。对1号家系其他成员候选位点进行一代测序验证是否共分离，评估候选基因在卵母细胞表达情况、预测变异位点的空间结构。
图1 7个家系及TUBB8位点情况
结果
我们遇到了一个常染色体显性的四代大家系，受影响妇女的配偶精子数正常，精子形态特征和运动正常。在患者III-5中尝试IVF导致处于中期I的卵母细胞，即使在体外延长培养后，这些卵母细胞也不能成熟。在患者III-4中，卵胞浆内单精子注射中产生了三个中期I卵母细胞。
一个具有异常的形态特征; 在显微镜下，这些卵母细胞都没有可见的纺锤体（如下图），并且形态异常的卵母细胞后来未能受精。
通过全外显子测序分析发现在1号家系TUBB8基因上一个杂合错义突变c.T686C (p.V229A)，该基因编码灵长类特异性β-微管蛋白，具体功能不清楚。该位点在家系内共分离并且是通过父系遗传（如图1）。接下来我们在散发案例中又发现7个携带该基因突变的患者，这些突变要么来自父亲要么为新发突变。
人卵母细胞中的TUBB8和β-微管蛋白供应
微管是由异二聚体组装的动态聚合物，其由一种α-微管蛋白多肽和一种β-微管蛋白多肽（α/β-微管蛋白）组成，在哺乳动物中表达9种同型β-微管蛋白。这些主要通过影响特定细胞功能的酸性C-末端尾部的变化来区分。科学家们已经阐述了TUBB1，TUBB2A，TUBB2B，TUBB3，TUBB4A和TUBB4B中的突变与疾病的关系，这些疾病引起广泛的临床表型，通常涉及神经元迁移中基于微管的缺陷。我们推测在灵长类动物中，TUBB8影响卵母细胞中的微管行为，其中微管和运动蛋白的自组织指导减数分裂纺锤体组装和染色体定向。令人兴奋的是，我们发现TUBB8是在人类卵母细胞发育的不同阶段唯一以高水平表达的同型β-微管蛋白，而它在成熟精子和体细胞组织如脑和肝脏中基本上不表达。
免疫组化染色显示携带致病突变的卵母细胞纺锤体形态异常
携带突变的卵母细胞排除极体的成功率比野生型明显降低
讨论
虽然卵母细胞成熟的过程已经在小鼠中进行了广泛的研究，但人类卵母细胞成熟停滞的遗传原因仍然不太清楚。我们已经鉴定了TUBB8中的几个突变，其编码迄今未确定功能的同型β-微管蛋白。这些突变以父系常染色体显性遗传方式遗传或新发突变会干扰人类卵母细胞的成熟。软件预测几种突变会影响微管蛋白异二聚体结构的变化。这些突变在体外影响α/β-微管蛋白异二聚体折叠和组装，在培养的细胞中引起一系列引人注目的微管表型，并改变体内微管动力学。此外，TUBB8突变导致小鼠和人卵母细胞表达卵母细胞成熟缺陷，精确模拟不育表型。我们从这些观察中得出结论，TUBB8中的突变导致卵母细胞成熟停滞，并且TUBB8在减数分裂纺锤体组装和人卵母细胞成熟中起关键作用。本文提供的数据为开发使用基因检测鉴定不育女性TUBB8突变提供了基础。
TUBB8仅存在于灵长类动物中的事实表明该基因在这些物种的进化中具有独特的作用。具有TUBB8突变的男性是可育的，这与成熟精子中TUBB8不表达是一致的，并突出了区分灵长类动物雄性和雌性中减数分裂和纺锤体形成的差异。我们在相当比例的不育女性（24/7）中发现TUBB8突变导致卵母细胞成熟停滞。一些受影响的女性在TUBB8中没有检测到突变，这意味着其他尚未发现的基因的缺陷也可能导致人类卵母细胞成熟停滞。
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