精子运动调控机制初探

精子胞内钙信号网络
目前已鉴定出约35
种蛋白质参与到
Ca2+ 对精子运动的 调控，在精子运动
调控方面扮演着重
要角色。
Md Saidur Rahman, BioMed Research International.Volume 2014,
钙离子调控精子运动的信号网络
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精子运动调控机制模式图
• pH碱化启动精子的激活态运动（鞭毛对称性摆动推动精子进行直线性运动） • pH、Ca2+ 协同调控精子的超活化运动（鞭毛大幅度非对称摆动推动精子进行环状运动）
Molecular Human Reproduction, Vol.17, No.8 pp. 524–538, 2011
精子运动功能异常与临床
病变原因： •发育异常引起的宏观形态畸变、超微结构缺陷等 ，如纤毛 不动综合症。 •外部环境异常诱导精子运动调控相关信号通路紊乱，如精 液感染、精液液化障碍、精液粘稠、精液pH异常等引起的精
精子运动方式
激活态运动： 鞭毛对称摆动 线性运动轨迹
超活化运动： 鞭毛非对称摆动 运动轨迹呈环状
精子结构特征
Axoneme
精子鞭毛超微结构
PM: 细胞膜 MS:线粒体鞘 ODFs:外围致密纤维 OMDA:外部二联微管 DA:动力蛋白臂 RS:径向辐条 CP:中央微管对
LC:纵向圆柱体
TR:横向肋条
精子鞭毛摆动的分子机制
动力蛋白臂水解ATP驱动临近微管间的相对滑动
Molecular Human Reproduction, Vol.17, No.8 pp. 524–538, 2011
精子鞭毛摆动的模式
精子通过在时间与空间上的精准调控使鞭毛轴丝特定区域内的微管之 间产生相对滑动从而使鞭毛产生对称性或非对称性的摆动，进而，推 动精子进行直线性运动（激活态运动）或以环状轨迹运动（超活化运 动）。
钙信号调控鞭毛摆动模式的分子机制
精子能够通过在时间和空间上的
精准调控产生复杂的钙信号参
与运动的调控，如精子的超活化 运动，以及精子的趋化。
Nat Cell Biol.2007 Mar;9(3):235-42.
钙信号调控鞭毛摆动模式的分子机制
精子胞内钙离子 浓度通过影响鞭 毛轴丝Dynien ATPase活性调控 轴丝微管间的相
子运动障碍。
外界pH对精子运动的影响
VSL：平均直线速度
VCL：平均曲线速度
VAP：平均路径速度
PLOS ONE | july 14, 2015
pH调控精子运动的分子机制
精子胞内pH受到胞外pH影响且两者在一定范围内呈线性关系
Journal of Reproduction and Fertility (1993)98,439-449
胞外pH对精子胞内钙离子浓度的影响
钙信号调控精子鞭毛的摆动模式
Catsper-null精子只拥有基础激活态运动的能力，无法进行超活化运动，使 得其无法穿透卵子外围的蛋白保护层进行授精，这是由于Catsper-null精子 无法在胞内形成相应的钙信号所导致。
Reproductive BioMedicine Online (2015) 30, 28–38
Asian Journal of Andrology (2016) 18, 1–10
钙信号调控鞭毛摆动模式的分子机制
钙/钙调蛋白-钙调蛋白激酶信号途径可通过调控鞭毛上运动相关蛋白的磷 酸化水平，使精子的运动模式由激活态运动转变为超活化运动
BIOLOGY OF REPRODUCTION 73, 519–526 (2005)
pH调控精子运动的分子机制
精子胞内PH可直接作用于鞭毛轴丝上动力蛋白内壁的pH感受器通过影响动 力蛋白ATPase的活性调控精子的运动
PLOS ONE | july 14, 2015
pH调控精子运动的分子机制
pH 可 通 过 胞 内 HCO3-/sNHE-sAC-
cAMP-PKA 信号通路调控精子鞭
毛上运动相关结构蛋白的磷酸化 水平从而影响精子鞭毛的摆动模
式。
BIOLOGY OF REPRODUCTION 73, 519–526 (2005)
pH调控精子激活态运动的信号网络
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胞外pH对精子胞内钙离子浓度的影响
碱性的PH能够提升精子胞内的钙离子浓度
PLOS ONE | july 14, 2015
对滑动。
Reproduction (2015) 149 475–484
钙信号调控鞭毛摆动模式的分子机制
低钙离子浓 度区域
高钙离子 浓度区域
精子通过在胞内产生复杂的钙信号如局部钙离子浓度分布的差异，使得精子鞭毛 轴丝微管在高钙离子浓度区域的相对滑动被抑制，而在低钙离子浓度区域轴丝微 管的相对滑动被激活，引起精子鞭毛的大幅度非对称摆动，推动精子以环状轨迹 进行超活化运动。
Molecular Human Reproduction, Vol.17, No.8 pp. 524–538, 2011
钙信号调控鞭毛摆动模式的分子机制
精子胞内钙信号可激活cAMP信号 途径调控运动相关蛋白的磷酸化 水平， 尤其是蛋白酪氨酸的磷 酸化，使精子的运动模式由激活 态运动转变为超活化运动。
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精子运动调控机制初探
中山大学生命科学学院 周文良 2017年03月05日
报告内容

精子的发生、成熟和运动模式 精子的超微结构特征 精子运动功能异常与临床



精子运动的调控机制
精子的发生
精子成熟与附睾
附睾为精子的成熟提供 了适宜的体液微环境

水盐平衡的维持
酸性环境的维持
功能蛋白的分泌 精子的运输 精子的储存与保护
精子鞭毛轴丝超微结构
CP:中央微管对 OMD:外围双联微管 RS:Biblioteka Baidu径向辐条 ODA: 动力蛋白外臂
IDA: 动力蛋白内臂
ODA: 含有”Ca2
+
sensor”
IDA :含有”pH sensor” 鞭毛轴丝的“9+2”超微结构
ZOOLOGICAL SCIENCE 20: 1043–1056 (2003)