哺乳动物受精后，胚胎需要在短时间内完成从依赖卵母细胞储存的母源物质向启动自身基因表达的转变，这一过程被称为母源-合子转变（maternal-to-zygotic transition，MZT）。在此期间，母源mRNA逐步降解，合子基因组激活（zygotic genome activation，ZGA）启动新生转录，同时胚胎还需经历合子剪接激活（zygotic splicing activation，ZSA），即从母源型剪接装置向合子型剪接装置的转换，此过程依赖于剪接因子的重新表达及核斑的重组，是新生转录本得以精准剪接的前提[1-3]。RNA转录后修饰能够广泛影响mRNA的稳定性、翻译和降解，但其如何参与MZT过程中合子转录本剪接程序的建立，仍有待深入研究。
N4-乙酰胞嘧啶核苷（N4-acetylcytidine，ac4C）修饰是仅次于m6A和ψ修饰之外丰度较高的修饰类型，由N-乙酰基转移酶10（NAT10）催化形成。前期相关研究表明，NAT10介导的ac4C修饰在生殖细胞中丰富且重要，参与卵泡发育、卵母细胞成熟和精子发生等过程[4-7]。然而，母源NAT10及其介导的ac4C修饰在受精后发挥何种作用，尚不清楚。
近日，浙江大学生命科学研究院范衡宇教授团队在Cell Death & Disease杂志上发表了题为The RNA ac4C Writer NAT10-dependent Post-transcriptional Regulations are Prerequisites for Zygotic Splicing Activation in Mouse的研究工作。该研究发现，母源NAT10是小鼠合子剪接激活（zygotic splicing activation，ZSA）的关键调控因子。母源Nat10缺失导致母源转录本异常积累、major ZGA受抑、剪接因子表达和翻译下降，并进一步破坏核斑重组及可变剪接程序，最终使多数胚胎阻滞于2细胞阶段。
本研究利用Zp3-Cre从初级卵泡阶段开始在卵母细胞中特异性敲除Nat10。与更早阶段敲除Nat10导致明显卵母细胞成熟障碍不同，卵母细胞总体上能够完成减数分裂成熟。然而，这些卵母细胞受精后，多数胚胎虽然能够正常完成第一次卵裂，但随后显著阻滞于2细胞阶段；少数发育至囊胚的胚胎也表现出谱系分化异常。这表明，母源NAT10对于受精后的MZT和早期胚胎发育至关重要。
图1：母源Nat10缺失导致小鼠早期胚胎在2细胞阶段发生发育阻滞。A: Nat10条件性基因敲除示意图。B：Western blot检测WT和Nat10fl/fl;Zp3-Cre雌鼠卵母细胞中的NAT10蛋白表达水平，结果表明NAT10在初级卵泡阶段已被成功敲除。DDB1作为上样对照。C: 生育力检测显示条敲鼠完全不育。D：WT和Nat10fl/fl;Zp3-Cre雌鼠与雄鼠交配后，经hCG注射获得体内受精胚胎，并继续进行体外培养。图中展示了不同时间点的胚胎形态。
为解析2细胞阻滞的分子基础，研究团队对GV卵母细胞、MII卵母细胞、合子和2细胞胚胎进行了转录组测序。结果显示，在GV、MII和合子阶段，野生型与Nat10缺失组之间差异较小，而进入2细胞阶段后转录组出现明显分离。Nat10缺失胚胎中有3134个转录本下调、1530个转录本上调，其中大量ZGA基因未能正常激活，而部分本应被降解的转录本则异常积累。下调基因主要富集于RNA剪接、mRNA加工、翻译和rRNA加工等通路。
进一步分析发现，Nat10缺失后异常变化的转录本中，携带ac4C修饰的比例明显升高。其中，一批同时具有ac4C修饰并显著下调的基因高度富集于RNA剪接和mRNA加工过程，Nat10缺失也显著加速Srsf2、Srsf4、Srsf9、Srsf10和Zc3h14等多种剪接因子转录本的降解，提示NAT10-ac4C通路可能直接参与MZT期间RNA加工因子的表达调控。与此同时，HPG检测显示2细胞胚胎整体蛋白质合成活性下降；低起始量核糖体图谱Ribo-lite分析进一步表明，大量ac4C阳性转录本的核糖体占据水平降低，其中受影响基因同样集中于mRNA加工和RNA剪接相关通路。
图2：母源Nat10缺失导致2细胞胚胎ZGA异常，并降低剪接相关转录本的稳定性和翻译活性。A: 桑基图展示WT和Nat10fl/fl;Zp3-Cre小鼠来源胚胎在1细胞和2细胞阶段的转录本表达变化模式。每个矩形代表一类特定的基因表达类型。B：柱状图展示母源Nat10敲除后，上调、下调及表达稳定的转录本中携带ac4C修饰转录本所占的比例。C：饼状图展示LACE-seq鉴定的ac4C修饰靶基因与剪接因子基因之间的重叠情况。D-E：热图展示WT和母源NAT10缺失的2细胞胚胎中，ac4C阳性（ac4C⁺）剪接因子基因在mRNA水平和核糖体保护片段（RPF）水平上的富集变化。
基于团队此前建立的低起始量、高灵敏度ac4C LACE-seq技术，研究人员进一步分析发现，Pabpn1、Srsf2、Sf3b1和Zc3h14等多个关键剪接因子转录本均携带明显ac4C信号，而在Nat10缺失卵母细胞中这些信号显著降低或消失。在所分析的剪接因子中，82.44%的基因携带ac4C修饰。结合RNA-seq和Ribo-lite结果可见，受精后尤其是ZGA期间应被激活的一批“合子剪接因子”，在母源Nat10缺失的2细胞胚胎中，其mRNA水平和核糖体占据均显著下降，说明NAT10能够以ac4C依赖的方式维持合子剪接因子的正常表达和翻译。
剪接因子主要富集于细胞核中的核斑（nuclear speckles）。研究发现，Nat10缺失后，SRSF2、PABPN1等核斑相关因子的表达和定位显著异常。在2细胞胚胎中，近半数Nat10缺失胚胎几乎无法形成正常核斑，另一部分则表现出核斑数量减少和结构异常。
图3：NAT10通过ac4C依赖方式维持剪接因子表达、翻译及核斑正常组装。A:定量RT-PCR结果显示，在α-鹅膏蕈碱（α-amanitin）处理条件下，母源Nat10敲除对WT和Nat10fl/fl;Zp3-Cre 2-细胞胚胎中这些功能相关转录本稳定性的影响。B：免疫荧光结果显示，将WT和Nat10fl/fl;Zp3-Cre雌鼠分别与WT雄鼠交配后所得2-细胞胚胎中，PABPN1以及SRSF2的核斑分布。C：对核斑标志蛋白 SRSF2 进行定量分析。D：Western blot检测200枚WT和母源NAT10缺失的2-细胞胚胎中ZC3H14、p-T313-SF3B1、PABPN1和SRSF2的蛋白表达水平。以α-tubulin和GAPDH作为上样内参。
合子剪接激活是MZT过程中重要的转录后调控事件。进一步分析发现，正常胚胎从1细胞进入2细胞阶段时会出现大量新的可变剪接事件，而母源Nat10缺失后，可检测到的可变剪接事件整体减少，多个基因均出现异常剪接。值得注意的是，在合子阶段重新补充外源NAT10虽然能够部分改善核斑组装，却不能有效挽救胚胎2细胞阻滞。这提示，NAT10在卵母细胞阶段预先建立的分子调控状态具有时间窗口效应，受精后再补充NAT10已难以完全逆转其缺失造成的后果。
图4：母源NAT10通过RNA ac4C修饰调控合子剪接激活及早期胚胎发育的机制总结。
综上，该研究构建了“母源NAT10依赖的ac4C修饰维持剪接因子稳态与翻译、促进核斑组装和合子剪接激活，进而推进早期胚胎发育”这一新的调控链条。正常情况下，NAT10在卵母细胞阶段预先维持关键剪接因子转录本的ac4C修饰、稳定性和翻译潜能，使其在受精后的MZT和ZGA过程中能够及时建立剪接系统；母源NAT10缺失后，这一程序被打乱，最终造成ZSA失败和2细胞胚胎发育阻滞。论文机制模式图对此进行了系统概括。
该研究进一步将生殖过程中关于NAT10和ac4C修饰的研究从精子发生、卵泡发育和卵母细胞成熟拓展至母源-合子转变阶段，揭示了RNA乙酰化与可变剪接之间新的调控联系，为理解哺乳动物早期胚胎发育中的表观转录组调控网络提供了新的理论依据。
浙江大学生命科学研究院范衡宇组博士后王文静为论文第一作者，范衡宇教授和北京大学第三医院陈露副研究员为该论文的共同通讯作者。
参考文献：
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文章链接见：https://www.nature.com/articles/s41419-026-09186-y
