許多研究PIWI的動物模型中都證明了PIWI對生殖細胞發育的分化的重要作用，然而PIWI在人類生殖細胞發育分化中的功能并不清楚。文章檢測了413例無精癥患者Piwi基因上一個在脊椎動物中十分保守的D-Box序列中是否存在突變。測序結果發現了3例無精癥患者身上存在Piwi D-Box突變。生化實驗檢測發現這類突變導致了PIWI蛋白泛素化缺陷，但是不影響PIWI對靶RNA分子的切割作用以及piRNA-loading的功能。Piwi D-Box突變不僅導致MIWI突變體蛋白在細胞質中的累積，而且抑制了RNF8泛素連接酶入核，從而影響精子發生過程中組蛋白的泛素化以及進一步的“組蛋白-魚精蛋白替換”過程。這項研究的重要意義在于首次發現人類Piwi基因突變可導致男性不育，深入揭示了其致病機理，并為相關男性不育癥的精準醫療提供了理論基礎和方法策略。

在國家自然科學基金（項目編號：31325008，91640201，91419307）等資助下，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所劉默芳研究組與上海市計劃生育科學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展。相關研究成果以“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，通過阻止精子變形過程中魚精蛋白對組蛋白的置換，導致男性不育）為題于2017年5月25日在線發表在Cell上。論文鏈接：http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(17)30488-9。

　　近年來，隨著全球人口出生率持續緩慢增長及人口老齡化加劇，不孕不育已逐漸由單純的醫學問題演變為備受關注的社會問題。據不完全統計，在我國的不孕不育夫婦中，男性因素約占50%，非梗阻性無精、弱精及精子畸形是造成男性不育的重要原因，但其致病原因及機制還不甚了解，導致臨床診斷和治療策略極其有限。Piwi基因是在動物中進化保守的Argonaute亞家族成員，特異性地在動物生殖系細胞中表達。在高等動物中，Piwi則主要在雄性生殖細胞中表達。PIWI蛋白質特異性地結合一類被稱為piRNA的小分子非編碼調控RNA，形成piRNA/PIWI功能復合物，通過沉默生殖系細胞中的轉座元件及調控其它下游靶RNA分子，維持生殖細胞基因組穩定，為動物生殖細胞發育分化所必需。在小鼠中敲除Piwi基因致雄性不育，但對雌性個體的生育則無明顯影響。人基因組共編碼了4個PIWI蛋白，均在睪丸組織高表達，但到目前為止，關于PIWI蛋白在人類精子發生中的功能還未見任何報道，對Piwi基因突變在男性不育癥發生中的作用也幾乎是一無所知。

　　劉默芳與施惠娟研究團隊從篩無精、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），導致小鼠雄性不育，少精，精子形態異常、細胞核結構疏松、無活力。研究揭示，D-box突變使MIWI蛋白不能被泛素化修飾降解，導致MIWI蛋白異常積累在后期精子細胞中，造成組蛋白泛素連接酶RNF8被MIWI扣留、不能入核，進而抑制了組蛋白泛素化修飾及組蛋白-魚精蛋白交換的啟動，使得精子變形受阻。而阻斷MIWI對RNF8的扣留可逆轉組蛋白-魚精蛋白交換，恢復精子活動能力，這一策略可用于治療這類無精癥/少弱精癥。這項研究成果首次證明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和方法策略。

　　該項研究工作是一項從人類遺傳學到動物模型、分子機理及至治療策略探索的系統研究，得到了美國加州大學圣地亞哥分校付向東教授、上海交通大學附屬第一人民醫院李崢教授、中科院生化與細胞所李黨生研究員、李勁松研究員和吳立剛研究員等的大力協助。