精子在雌性生殖道中低滲適應關鍵蛋白AQP3
日期：2010-12-09 11:53:47
大多數哺乳動物雄性與雌雄生殖道之間存在一個天然的滲透壓差（以小鼠為例：雄性附睪~415 mOsm, 雌性子宮~310 mOsm）。精子從雄性生殖道進入雌性生殖道，經歷了一個生理狀態下的“低滲應激”。這種應激一方面有利于激活精子運動（從進化上保留了魚類精子的特征），但低滲環境同時也是一把“雙刃劍”，可導致精子細胞過度腫脹對其功能產生潛在傷害。為了消除低滲導致的負面影響，精子在進化中形成了一套高效的液體調節系統以應對這種生理性“低滲應激”導致的細胞腫脹。然而，在此過程中起關鍵作用的精子蛋白尚未被發現。
動物研究所段恩奎研究組與浙江省醫學科學院石其賢教授，吉林大學白求恩第二醫院麻彤輝教授合作研究發現：一個水通道蛋白（AQP3）在小鼠和人的精子尾部呈現特異的細胞膜定位。AQP3缺陷的精子在進入雌性生殖道后，雖然能夠實現運動激活，但很快表現出大量精子尾部發生彎曲變形。滲透壓梯度實驗及精子游動中實時錄像監測等手段進一步證實，AQP3缺陷精子對低滲導致的細胞膨脹抵御能力下降，在相對低滲的雌性生殖道環境中發生細胞膜進行性膨脹，進而對精子尾部產生機械性牽張并最終導致尾部變形。體內外功能實驗表明，由于存在尾部缺陷，大量AQP3敲除鼠精子不能有效地穿越子宮-輸卵管結合處狹部，導致精子進入輸卵管與卵子相遇的機會降低，從而表現出雄性小鼠生育力下降。
Figure.1 Immunofluorescence staining of AQP3 (green signal) reveals intensive localization at principal piece of mouse and human sperm tail.
Figure.2 Time-lapse imaging reveals sperm tail bending (Aqp3 null sperm) process forced by progressive membrane expansion upon physiological hypotonic stress. The cell swelling begins at cytoplasmic droplet (indicated by arrows). Note the wildtype sperm only shows mild swelling.
此研究首次揭示了AQP3是精子在雌性生殖道中實現低滲適應的一個關鍵蛋白，在“低滲應激”介導的精子運動激活和細胞過度腫脹這一對利弊權衡（trade-off）中起到消除負面影響的作用，從而最大優化精子功能。鑒于AQP3在人精子中的表達與小鼠呈現相同模式，其在男性不育/低生育力患者中的作用尚待進一步研究。
本研究于12月7日在線發表于Cell research。本研究得到了國家“發育與生殖”重大科學研究計劃和中國科學院知識創新方向性項目資助。
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