紡錘體(spindle)在減數分裂期間的染色體分離中扮演重要角色，在減數分裂中期卵母細 胞的紡錘體被認為是卵母細胞的健康指標。紡錘體，由卵母細胞質中的微管(microtubules)和 肌動蛋白絲組成，是一種高度敏感和動態的細胞胞器，特別是在減數分裂中段，似乎也進行 著快速組裝和分解，其微管估計半衰期為60-90秒（Wittmann et al., 2001，2001）。 最近，卵母細胞品 質與紡錘體形態呈正相關（Dal Canto et al., 2001，2017），紡錘體形態也與人類胚胎的染色體倍性狀 態相關，儘管這些結果需要進一步驗證。
減數分裂中紡錘體的破壞可能導致微管四散在整個細胞質中，這是導致非整倍體結果和 胚胎發育停滯的原因之一（Eichenlaub-Ritteret et al., 2002）。非整倍體是妊娠流產的主要遺傳原因，也 是許多先天性發育障礙的致病因素，包括唐氏病，愛德華病和帕托綜合症(Down,Edwards and Patau syndromes)。 體外人工受孕（In vitro fertilization，IVF）和卵細胞質內單一精蟲顯微注射 (IntraCytoplasmic Sperm Injection，ICSI)期間對卵母細胞施加的物理性，生物性和機械性壓 力，都可能導致紡錘體破壞。 最大限度地減少這些壓力是確保正常受精和產生正確整倍體 胚胎至關重要的關鍵。
在過去，觀察紡錘體需要免疫螢光顯微鏡，雖然這種技術廣泛地應用在學術研究，但由 於染色固定過程造成的破壞性，所以在臨床發育研究中的應用有限。偏光顯微鏡（polarized light microscopy，PLM）基於雙折射原理，提供了一種非侵入觀察紡錘體的方法。雖然在臨 床上應用一直存在爭議（Coticchio et al，2010），但利用PLM觀察紡錘體與改善的受精率和懷孕率 呈正相關(Gonzalez-Ortega et al., 2016; Kilani et al., 2009; Shen et al., 2006)


(左圖: 偏光顯微鏡；右圖: 免疫螢光顯微鏡) (綠色:紡錘體；白色:第一極體；紅色:染色體)
然而，由於高比例的卵母細胞皆表現出雙折射性質（> 80％），研究開始轉向了紡錘體 完整性的定量測量。 紡錘體延遲率(Spindle retardance)通過PLM以奈米單位（nm）記錄，較 高的延遲率與紡錘體中的微管數量成正比，使得較高紡錘體延遲率表示微管聚合增加，從而 產生更緻密和穩定的紡錘體（Oldenbourg，1996），卵母細胞具有顯著較高的延遲率，在ICSI和植 入後有較高的懷孕率(Shen et al., 2006.)。
體外環境的溫度和滲透壓波動對減數分裂中紡錘體是有負面影響的，這點已在人類和動 物中得到充分證明(Clark et al., 2012; Mullen et al., 2004; Pickering et al., 1990; Sun et al., 2004; Wang et al., 2001).。 然而，pH 值對哺乳動物中減數分裂紡錘體的影響仍然未知。
本研究的目的是利用保持恆定37度的小鼠卵母細胞，通過PLM測量並使用免疫螢光顯 微鏡檢查，觀察在不同pH值培養液況狀下，減數分裂中紡錘體延遲率的變化。

上圖為培養液中逐漸下降pH值對減數分裂紡錘體延遲的影響，平均紡錘體延遲率在開 始測量後15分鐘(PH:7.85)上升至60分鐘(PH:7.53)時的達到峰值，然後在105分鐘(PH:7.32) 時達到平衡點。



上圖為培養液逐漸上升pH值對減數分裂紡錘體延遲的影響，平均紡錘體延遲率在一開 始測量(PH:7.32)及上升至15分鐘(PH:7.43)時的達到峰值，然後逐漸下降一直量測到90分鐘 (PH:7.89)。


鑑於測試在不同PH值培養液下紡錘體延遲率變化是否可逆，進一步來看紡錘體中的微 管的組合和崩解過程是否可逆轉。在保持恆溫狀況下，將小鼠卵母細胞放置於PH7.27的培 養液一小時後再移動到PH7.53的培養液，靜置20分鐘後再放回PH7.27的培養液；另一組 則是 將小鼠卵母細胞放置於PH7.27的培養液一小時後再移動到PH7.43的培養液，靜置20 分鐘後再放回PH7.27的培養液。 上圖結果可以發現當小鼠卵母細胞從PH7.27的培養液移動至pH 7.43和7.53的培養液 時，平均紡錘體延遲率顯著增加（P <0.05），當它們移動返回PH7.27的培養液時則顯著下 降（P <0.05），表示在以上pH值狀態下，紡錘體中的微管的組合和崩解過程是可逆轉效果。 這是第一篇研究發現在37℃的恆定溫度下，減數分裂的紡錘體對pH的變化很敏感， 在不同的PH值下會迅速組裝和崩解。而該研究也發現，小鼠減數分裂紡錘體中微管的最高 密度是落在7.4至7.5的pH範圍內。迄今為止的研究主要集中在胚胎處理和長期培養期間 pH改變的影響，更酸性的培養環境顯著改變囊胚數量以及形成率。但針對卵子細胞在培養 液的pH值對受精和隨後的發育過程的影響仍然未知，然而，該研究的發現指出小鼠的紡錘 體結構隨pH變化而改變。但這項研究利用了小鼠卵子細胞模型，因此尚不清楚pH值造成 紡錘體的改變是否在人類卵母細胞有相同的現象。最近的一項研究在受精前用偏光顯微鏡觀 察對人類卵子細胞紡錘體(Tilia et al.,2016)，具有正常紡錘體形態的卵子細胞所形成的胚胎中 整倍體比率顯著高於所有其他型態紡錘體。
儘管植入前胚胎具有自我調節pH的能力，但卵子細胞是藉由顆粒細胞來完成。而在進 行顯微注射前，卵子細胞外的卵丘細胞會被完全剔除，導致剔蛋後卵子細胞完全缺乏pH調 節機制。此外，在該研究中，比較了pH7.27，7.43和7.53的紡錘體延遲率，所得到的變化 是完全可逆的，尚不清楚若受精方式為IVF（保持卵丘細胞完整），受精時pH值是否會對 紡錘體產生類似的影響。
哺乳動物的輸卵管液體pH值範圍為7.6至7.9(Hugentobler et al.,2004; Iritani et al., 1971)，受 精過程中人類精子結合到卵子上的最佳pH值報告為7.5-7.8(Dale et al., 1998)，儘管體外最佳受 精的PH值尚未被證實，但是目前多數市售培養液的PH值比起上述都來得更偏酸。此篇研 究利用了小鼠卵子細胞，看出減數分裂的紡錘體在不同的PH值下會迅速組裝和崩解，以及 紡錘體最高延遲率是落在7.4至7.5的pH範圍內，研究結果尚未在人類卵子中證實有相同結 果，但是預期應該達到類似的情況。該研究的結果也再次強調了在IVF實驗室需仔細控制所 有外在變數。除了溫度和滲透壓，較容易忽略的變數如pH值的影響也不應該被忽視，這些 沉默的變數都可能對整體胚胎得健康和存活率產生重大影響。
(文章出處:pH: the silent variable significantly impacting meiotic spindle assembly in mouse oocytes..RBM Online 2018:37(3): 279-90)