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ヒトの受精は、卵細胞と精子の結合であり、主に卵管膨大部で起こる。[ 1 ]この結合の結果、受精卵と呼ばれる受精卵が生成され、胚発生が始まる。科学者たちは19世紀にヒトの受精の仕組みを発見した。[ 2 ]
受精の過程は、精子が卵子とも呼ばれる卵細胞と融合することによって起こります。最も一般的な流れは、交尾中の射精から始まり、排卵が続き、受精で終わります。この流れには、人工授精、体外受精、交尾を伴わない体外射精、排卵直後の交尾など、さまざまな例外があります。[ 3 ] [ 4 ]二次卵母細胞に遭遇すると、精子の先体は、卵子の透明帯と呼ばれる外殻を突き破る酵素を生成します。次に、精子の血漿が卵子の血漿膜と融合し、核が融合して、卵子が卵管を下って子宮に到達する際に、精子の頭部が鞭毛から分離します。
体外受精（IVF）とは、卵子を子宮外、つまり体外で精子によって受精させるプロセスです。
古代では受精は理解されていませんでした。ヒポクラテスは、胚は男性の精液と女性の因子の産物であると信じていました。アリストテレスは、男性の精液のみが胚を生み出し、女性は胚が発達する場所を提供するだけだと主張しました[ 5 ] 。これは、彼が前成説論者のピタゴラスから得た概念です。アリストテレスは、形態と機能が徐々に現れると主張し、それを後成的と呼びました[ 6 ]。1651年、ウィリアム・ハーヴェイは、月経血が胎児の形成に関与する可能性があるというアリストテレスの考えを否定し、女性の卵子が性交の結果として何らかの形で胎児になると主張しました[ 7 ]。
精子細胞は1677年にアントニ・ファン・レーウェンフックによって発見され、彼はアリストテレスの説が正しいと確信した。[ 8 ]一部の観察者は、精子の頭部に完全に形成された小さな人間の体が見えると信じていた。[ 9 ]人間の卵子は1827年にカール・エルンスト・フォン・ベアによって初めて観察された。[ 8 ]オスカー・ヘルトヴィヒが受精は卵子と精子細胞の融合によるものであることを証明したのは1876年のことだった。 [ 5 ]
人間の受精を説明する際によく使われる比喩は、精子が卵子に出会うために競走するというものです。また、よく使われる別の比喩は、2つの半分が1つになるというものです。[ 10 ]
受精は卵管膨大部、つまり卵巣を囲むように曲がっている部分で起こります。受精能を獲得した精子は、 1～3 mm/分（0.04～0.12インチ/分）の速度で泳ぎ[ 11 ]、卵母細胞を取り囲む卵丘細胞から分泌されるプロゲステロンに引き寄せられます[ 12 ] 。プロゲステロンは精子膜上のCatSper受容体に結合し、細胞内カルシウム濃度を上昇させ、過活動運動を引き起こします。精子はプロゲステロン濃度が高い方へ泳ぎ続け、効果的に卵母細胞へと誘導します[ 13 ] 。約2億個の精子のうち、約2億個が卵管膨大部に到達します。
過程の開始時に、精子は一連の変化を受けます。射精直後の精子は受精できないか、受精能力が低いからです。[ 14 ]精子は雌の生殖器内で受精能を獲得する必要があり、これにより運動性が高まり、膜が過分極化して、卵子を包む卵子の強固な膜である透明帯への酵素的侵入である先体反応の準備が整います。[ 15 ]
精子は、二次卵母細胞の外側にある卵胞細胞の層である放射冠を介して結合します。放射冠は、卵管内の精子を卵母細胞に引き付ける化学物質を放出します。放射冠は、卵母細胞を囲む糖タンパク質の膜である透明帯の上に位置します。[ 16 ]
精子が卵黄に突き刺さろうとする場所では、卵黄（卵細胞質）が円錐状に隆起し、これを誘引円錐または受容円錐と呼ぶ。精子が卵黄に入ると、卵黄の周辺部が膜、すなわち卵黄膜に変化し、それ以上の精子の通過を防ぐ。[ 17 ]
卵丘に結合した後、精子は糖タンパク質の細胞外マトリックスである透明帯に到達します。透明帯上のZP3糖タンパク質が精子頭部の細胞表面にある受容体に結合します。この結合により先体が破裂し、先体酵素が放出され、精子が卵母細胞を取り囲む厚い透明帯層を貫通し、最終的に卵子の細胞膜に到達するのを助けます。[ 18 ]
一部の精子細胞は卵細胞の表面で先体を早期に消費し、他の精子細胞の侵入を容易にする。成熟した半数体精子細胞は集団として平均して50%のゲノム類似性を持つため、早期の先体反応は同じコホートのメンバーによる受精を助ける。 [ 19 ]これは血縁選択のメカニズムとみなすことができる。
研究によると、この過程において卵は受動的ではないことが示されている。言い換えれば、卵もこのような相互作用を促進するような変化を起こしているようだ。[ 20 ] [ 21 ]
精子が卵母細胞の細胞質に入ると、精子の尾部と外膜が崩壊する。精子と卵母細胞の膜が融合すると、皮質反応が起こる。[ 22 ]二次卵母細胞内の皮質顆粒が細胞の形質膜と融合し、これらの顆粒内の酵素がエキソサイトーシスによって透明帯に放出される。これにより、透明帯内の糖タンパク質が互いに架橋結合する（すなわち、酵素がZP2を加水分解してZP2fにする）ため、マトリックス全体が硬くなり、精子に対して不透過性になる。これにより、1つの卵子が複数の精子によって受精されるのを防ぐことができる。[ 23 ]
遺伝物質の融合に備え、卵母細胞と精子はともに細胞膜の融合に対する反応として変化を遂げる。
卵母細胞は第二減数分裂を完了する。これにより、成熟した半数体卵子と極体の放出が生じる。[ 24 ]この過程における卵母細胞の核は、受精の結果として生じる核と区別するために前核と呼ばれる。
精子の尾部とミトコンドリアは雄性前核の形成に伴って退化する。そのため、ヒトのミトコンドリアはすべて母由来である。それでも、精子由来のかなりの量のRNAが胚に伝達され、胚の発達や子孫の表現型に影響を与える可能性がある。[ 25 ]
精子の核は卵子と融合し、遺伝物質の融合を可能にする。
精子が卵黄膜腔に入ると、頭部の精子特異的タンパク質であるイズモが卵母細胞膜のジュノ受容体に結合します。 [ 26 ]結合すると、多精子受精を防ぐ2つのブロックが起こります。約40分後、卵母細胞に残っているジュノ受容体が膜から失われ、融合できなくなります。さらに、オバスタシンが透明帯のZP2受容体に結合して切断することによって引き起こされる皮質反応が起こります。[ 27 ]これらの2つの多精子受精のブロックにより、接合子に過剰なDNAが蓄積されるのを防ぎます。
前核は卵母細胞の中心に向かって移動し、その過程でDNAを急速に複製して、接合子の最初の有糸分裂に備える。[ 28 ]
通常、精子由来の23本の染色体と卵細胞由来の23本の染色体が融合します（精子の約半分はX染色体、残りの半分はY染色体を持っています）。染色体の膜が溶解し、男性と女性の染色体の間に障壁がなくなります。この溶解中に、染色体の間に紡錘体が形成されます。紡錘体は、染色体が卵細胞質に分散する前に染色体を捕捉します。その後、有糸分裂（後期に染色分体が中心体に向かって引っ張られることを含む）を経て、細胞は男性と女性の遺伝物質を一緒に集めます。したがって、精子と卵子の結合の最初の有糸分裂は、染色体の実際の融合です。[ 28 ]
その有糸分裂によって生じる2つの娘細胞はそれぞれ、前の段階で複製された各染色分体の複製を1つずつ持っている。したがって、それらは遺伝的に同一である。
受精は、胚または胎児の出生前発達の説明において、生命の始まりを示すために最も一般的に使用される出来事です。 [ 29 ]その結果生じる年齢は、受精年齢、受胎年齢、胚年齢、胎児年齢、または（子宮内）発達（IUD）[ 30 ]年齢として知られています。
一方、妊娠週数は、最終月経開始日（LMP）を起点とします。慣例として、妊娠週数は受精日数に14日を加算して計算され、その逆も同様です。[ 31 ]
受精は通常、排卵後1日以内に起こりますが、排卵は平均して前回の月経開始日（LMP）から14.6日後に起こります。[ 34 ]この間隔にはかなりのばらつきがあり、平均的なLMPから排卵までの平均時間が14.6日の平均的な女性でも、排卵の95%予測区間は月経後9～20日です。[ 35 ]すべての女性を代表する参照グループでは、LMPから排卵までの95%予測区間は8.2～20.5日です。[ 34 ]
出産までの平均時間は排卵から268日（38週と2日）と推定されており、標準偏差は10日、変動係数は3.7%である。[ 36 ]
受精年齢は、さまざまなリスク要因を推定するために出生後（出産後）にも使用されることがあります。たとえば、体外式膜型人工肺で治療された未熟児の脳室内出血のリスクについては、出生後年齢よりも優れた予測因子となります。[ 37 ]
受精過程の欠陥から、様々な疾患が発生する可能性があります。それは、精子と卵子の接触過程における問題、あるいは受精卵を宿す生物学的親の健康状態に起因する場合があります。以下に、受精過程で発生しうる疾患の例をいくつか挙げます。
妊娠は、このような体外射精によって起こることがよく知られている。
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