精子获能的分子机制

精子获能的分子机制研究

（刘超096050108 宁波大学浙江省宁波市315211）

【摘要】:精子获能是完成受精作用的一个重要生理活动。获能就是指精子在雌性生殖道内获得受精能力的生理活动。近些年，许多学者对精子获能进行了广泛的体外研究，本文就此作一综述，阐述精子获能的分子机制。

【关键词】：精子获能胆固醇流失Ca2+与HCO3- 蛋白质酪氨酸磷酸化分子机制

受精时一个复杂的过程，哺乳动物的精子在雌性生殖道内经历一系列变化才内获得受精能力，这种现象被称为获能。现今许多学者研究人员通过体外模拟雌性生殖道内的环境，来探索精子获能的分子机制。对分子或能有以下了解:获能期间，精子质膜结构与生物化学特性发生系列改变，质膜胆固醇含量减少，膜的离子渗透性增加，膜的超极化，胞内pH升高，Ca2+和cAMP含量增加，超氧阴离子生成量增多，以及特异蛋白质的酪氨酸磷酸化增强等。目前认为，精子获能正是这些变化的综合结果。【1】

一、胆固醇流失

精子获能期间，精子膜的流动性发生改变，精子膜脂类发生重排，胆固醇磷脂比率降低。【2】这些变化引起了精子膜的稳定性发生变化，从而有利于精子获能的发生。在精子体外获能期间，牛血清蛋白（BSA）、牛精浆蛋白（BSP）、高密度脂蛋白（HDL）、环状糊精(MBCD)等会促使精子膜上的胆固醇流失。BSA在有HCO3-存在时与胆固醇结合，以浓度依赖的方式刺激胆固醇外流。Visconti等【3】研究证实，BSA-胆固醇不仅抑制BSA去除精子浆膜胆固醇，亦可抑制精子获能和蛋白质酪氨酸磷酸化，进一步支持了BSA在精子获能中的作用。Therien等发现，HDL可直接诱导胆固醇流失，其作用比白蛋白更强。Visconti等【4】亦证实，MBCD增加蛋白质酪氨酸磷酸化的能力与胆固醇流失率相关。

二、Ca2+与HCO3-

获能的第一个反应就是精子细胞内Ca2+和重碳酸盐浓度的增加【5】。

钙离子(Ca2+)在精子一系列生理活动过程中起着关键的调控作用，并与环磷腺苷（cyclic adenosine momophosphate，）和HCO3-有着密切关系【6】。Ca2+在精子获能的过程中会产生正反两方面的作用。细胞内Ca2+浓度增加，会促使腺苷酸环化酶的活化，cAMP升高，继而激活蛋白激酶A(protein kinase A.PKA)。获能期间细胞内PH会升高，已经证实，精子膜上含有阴离子运输蛋白，且阴离子抑制剂抑制HCO3-的功能。进入精子内的HCO3-可使精子细胞内PH值升高。HCO3-不仅是能够调节精子膜电位，还可以激活腺苷酸环化酶的合成，从而促进cAMP的升高。

三、蛋白质酪氨酸磷酸化

蛋白质的酪氨酸磷酸化程度增强是精子获能后重要的标志之一，研究发现酪氨酸磷酸化蛋白通过多种信号通路参与精子获能，并且影响到精子获能后一些生理变化如：超激活运动、顶体反应等【7】。精子鞭毛是精子发生酪氨酸磷酸化的主要部位。顶体是精子精子发生酪氨酸磷酸化的另一重要部位，获能体系有利于精子发生酪氨酸磷酸化，尤其是提高精子顶替区域的磷酸化水平【8】。获能期间，精子质膜的通透性发生改变，膜上某些离子通道打开，Ca2+与HCO3-进入胞内，AC被激活，c AMP升高，激活PKA，激活酪氨酸激酶，酪氨酸磷酸化，调节精子获能。此外，精子获能也能诱导某些质膜蛋白发生酪氨酸磷酸化，从而激发精子与卵透明带结合，发生顶体反应【9】。

四、其他

1、精子膜的超级化

获能期间伴随着精子膜的超级化，虽然对其研究较少，但已取得了可喜的成就。在精子膜

上存在Na＋／HCO3-交换器，精子细胞膜电位的超极化依赖于Na＋和HCO3-，但是对于激活Na＋／HCO3-交换器的上游信号还不清楚，进一步研究发现超极化可能与顶体反应中出现短暂Ca2＋内流和恢复Ca2＋通道有关，但是对于其机制研究还较少，目前还没有直接证据。

2、活性氧

试验证实活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的产生是精子获能过程中最早发生的事件之一。氧化还原反应中产生的O2-对精子获能具有重要作用。ROS在精子获能中的作用具有剂量依赖性特点，低剂量ROS对精子获能是必须的；O2-、H2O2及OH-皆可启动精子获能。。ROS在精子获能中之所以起重要作用，Lamirande E等认为是由于ROS直接或间接刺激AC 的产生，导致cAMP增加。

3、肝素

肝素诱导获能的机理是：①促进精细胞内Ca2+浓度、cAMP含量升高②去除吸附于精子膜上阻碍获能的精浆蛋白【10】。肝素并非是所有物种精子获能所必需的。

4、孕酮

孕酮可以影响精子获能。Shah等发现孕酮是通过顶体膜上的孕酮受体发挥作用，在顶体膜上有不同类型孕酮受体，包括Ca 2+通道、蛋白酪氨酸激酶和Cl-通道。另外，孕酮还能够增加精子膜的流动性，流动性的改变有利于精子获能【11】。

五、总结

精子膜上胆固醇的流失，Ca2+与HCO3-浓度的增加，蛋白质酪氨酸的磷酸化还有一些其他的因素，均可通过一定的渠道来影响精子获能，大量的实验已经证实了这一点。虽然已经有了这么多进展，但还有许多问题尚待解决，比如葡萄糖在精子获能中到底起到了怎样一个作用，都需要我们再接再厉，共同探索。

参考文献

【1】王江涛，颜醒愚.NO与精子及其获能关系的研究现状.Chinese Journal of Andrology.

2011 ;25(3) :68~69

【2】Petrounkina AM ,Harrison RAP ,Petzddt R et al .Cylical changes in sperm volume during in vitro incubation under capacitating conditions :a novel boar semen characteristic.J Repord

Fertil,2000,118(2):1 283~1 293

【3】Visconti PE ,Calantino-Homer H,Moore GD et al.The molecular basis of sperm capacitation.J Androl ,1998；19(2):242~248

【4】Visconti PE ,Calantino-Homer H,Ning X et al.Cholesterol efflux-mediated signal transduction in mammalian sperm beta-cyclodextrins initate transmembrane signaling leading to an increase in protein tyrosine phosphorylation and capacitation .J Biol Chem,1999,274(5);3

235~3 242

【5】宫璀璀，刘影，韩玉春。钙离子在精子获能和顶替反应中的作用.国外医学临床生物化学与检验学分册。2005；26(6)；333~334

【6】Jaiswal BS Conti M,Calcium regulation of the soluble adenylyl in mammalian spermatozoa.

Proc Natl Acad Sci USA ,2003,100(19);10676~10681.

【7】曾海涛。小鼠精子获能过程中酪氨酸磷酸化蛋白质的研究。中南大学。2008

【8】Naz R K,Ahmad K,Kumar R.Role of membrane phosphotyrosine proteins in human spermatozoal function [J].J Cell Sci,1991,999（Pt 1）:157~165

【9】孔丽娟，王根林。精子获能过程中蛋白酪氨酸磷酸化的研究进展。Animal Husbandry

V eterinary Medic ine.2007 39(8):68~70

【10】李东全，罗光彬，张小华，袁水桥，朱增娟。哺乳动物精子获能的分子机制。动物医