研究发现精子低渗适应关键蛋白

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。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。中科院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《细胞研究》（Cell research）。（来源：中国科学院动物研究所）