动物所研究确定精子在雌性生殖道中低渗适应的关键蛋白

2010-12-08 11:31 来源: 中国科学院
收藏到BLOG

  大多数哺乳动物雄性与雌雄生殖道之间存在一个天然的渗透压差(以小鼠为例:雄性附睾~415 mOsm, 雌性子宫~310 mOsm)。精子从雄性生殖道进入雌性生殖道,经历了一个生理状态下的“低渗应激”。这种应激一方面有利于激活精子运动(从进化上保留了鱼类精子的特征),但低渗环境同时也是一把“双刃剑”,可导致精子细胞过度肿胀对其功能产生潜在伤害。为了消除低渗导致的负面影响,精子在进化中形成了一套高效的液体调节系统以应对这种生理性“低渗应激”导致的细胞肿胀。然而,在此过程中起关键作用的精子蛋白尚未被发现。

  动物研究所段恩奎研究组与浙江省医学科学院石其贤教授,吉林大学白求恩第二医院麻彤辉教授合作研究发现:一个水通道蛋白(AQP3)在小鼠和人的精子尾部呈现特异的细胞膜定位。AQP3缺陷的精子在进入雌性生殖道后,虽然能够实现运动激活,但很快表现出大量精子尾部发生弯曲变形。渗透压梯度实验及精子游动中实时录像监测等手段进一步证实,AQP3缺陷精子对低渗导致的细胞膨胀抵御能力下降,在相对低渗的雌性生殖道环境中发生细胞膜进行性膨胀,进而对精子尾部产生机械性牵张并最终导致尾部变形。体内外功能实验表明,由于存在尾部缺陷,大量AQP3敲除鼠精子不能有效地穿越子宫-输卵管结合处狭部,导致精子进入输卵管与卵子相遇的机会降低,从而表现出雄性小鼠生育力下降。

  此研究首次揭示了AQP3是精子在雌性生殖道中实现低渗适应的一个关键蛋白,在“低渗应激”介导的精子运动激活和细胞过度肿胀这一对利弊权衡(trade-off)中起到消除负面影响的作用,从而最大优化精子功能。鉴于AQP3在人精子中的表达与小鼠呈现相同模式,其在男性不育/低生育力患者中的作用尚待进一步研究。

  本研究于12月7日在线发表于Cell research。本研究得到了国家“发育与生殖”重大科学研究计划和中国科学院知识创新方向性项目资助。

图1:免疫荧光定位显示AQP3蛋白在小鼠和人的精子尾部的主段(principal piece)呈现特异表达。绿色信号表示AQP3蛋白。

图2:AQP3缺陷精子在生理性低渗环境中发生细胞膜进行性膨胀,导致尾部机械性牵张和变形。箭头所指位置为精子的胞浆小滴(cytoplasmic droplet),是发生精子膜发生膨胀的起始位置。