卵黄球晶 ── 一种新的生物矿物的成矿机理及其生物学意义研究

卵黄球晶是本研究组早期发现的一种新的生物矿化物种，它在卵生胚胎发育过程中的生物学意义有待阐明，本项目以胚胎发育早期出现的晶态物质为对象：1.研究卵黄结晶和液晶随孵化进程出现的规律、成矿脱矿部位、跟踪测定卵黄物质理化性质的变化，了解与胚胎钙吸收密切相关的球晶成矿/脱矿过程。2.在晶格和分子水平对球晶进行剖析，籍多种结构和显微分析手段，从介观到宏观，研究不同结构层次有机/无机的嵌合方式、成分分布、可溶性基质与不可溶性基质的组合方式，建立多级结构模型。3.在特定目标物参与下进行模拟合成，考察不同发育时期的卵黄物质和液晶相对CaCO3晶型和形貌的调制，以期得到在相态、结构和组成上与卵黄球晶大致相似的产物，模拟成矿过程。项目着眼于卵黄矿物形成的时间积累机制及基质调控作用，对深入理解生命发育早期生物矿化的基本过程、解释生命现象中作为钙源的生物矿物结构与功能的关系、完善胚胎吸收钙的生物学机制有重要意义。

按计划，本项目选定鸽、鹅、鲫鱼、草鱼、团头鲂和长江大口鲢等物种，以胚胎发育早期出现的卵黄晶体为研究对象。系统研究了卵黄晶体和液晶随孵化进程出现的规律、成矿脱矿部位、跟踪测定卵黄物质理化性质的变化。了解与胚胎钙吸收密切相关的球晶成矿/脱矿过程；揭示卵黄液晶化与酸性磷酸酶的关系。实验在晶格和分子水平上对球晶进行剖析，以多种结构和显微分析手段，从介观到宏观，研究不同结构层次有机/无机的嵌合方式，成分分布、可溶性基质与不可溶基质的组合方式，建立多级结构模型；观察卵黄晶体出现与钙转运的关系。在特定目标物参与下进行模拟合成，考察不同发育时期卵黄物质对碳酸钙晶型和形貌的调制。研究结果表明：卵黄晶体是一种无机粒子和有机基质在纳米甚至更小的尺寸上进行组合排布的有机-无机复合多晶，其主要无机成分是碳酸钙，且以方解石和球霰石组成（球霰石为主要成分），有机成分为含S的蛋白和含P的脂类。其中球霰石可以在生理环境中长时间稳定存在，不会被其他更稳定的晶型所取代。卵黄晶体成晶环境随孵化时间的变化，有利于晶体形成，内胚层上晶体密度随时间变化越来越大，晶体尺寸也增大。不同孵化时期内胚层对矿物元素的吸收率不同。卵黄孵化过程中，卵黄的等温相变是在特定生理条件下产生的，它与物质代谢密切相关，酸性磷酸酶是促使卵黄液晶化得重要原因，其主要来源于内胚层。内胚层的TRPV6作为一种钙离子通道，随着发育时间增加，表达量逐渐增高，在孵化中期达到最高值，随后又逐渐降低，其出现过程与卵黄晶体的出现过程相对应，表明卵黄晶体参与了内胚层上钙的转运。几种常见家鱼胚胎发育期间，在卵黄囊内存在液晶小体，其变化规律由少到多，由小到大。卵黄液及其提取物对模拟合成碳酸钙的晶相、大小、形貌具有诱导作用，且更利于高能态的碳酸钙生成，使其颗粒得到极大的细化。总体看，研究工作取得了多方面的成果，主要的包括：１．揭示了卵黄球晶的多级构造及相态随孵化进程的关系；２．卵黄球晶中有机／无机相分布的规律；３．胚胎发育过程中自组织有序化的酶促液晶化机理；４．内胚层上球晶富集及TRPV6钙离子通道表达量与钙转运的关系．５．卵黄囊中理化性质与球晶消长的关系；６．卵黄液及其提取物对模拟合成碳酸钙的晶相、大小、形貌的诱导机理．本课题对深入理解生命发育早期生物矿化的基本过程、解释生命现象作为钙源的生物矿物结构与功能的关系、完善胚胎吸收的生物学机制有重要意义。