陈根：运动紊乱的精子，不被修饰的蛋白

陈根

知名科技作家为你解读科技与生活的方方面面。4小时前

文/陈根

一个婴儿由一个受精卵发育而来，这意味着一个卵子必须与2.5亿个精子中的一个受精。然而，近年来，有大量的研究指出男性生殖健康正受到损害，其中，西方国家和工业化国家已经报告了精子浓度的显著下降。

人类的精液质量下降可能正在成为地区性乃至全球性的的问题。与之相应的是不孕不育的发生率居高不下，其原因当中男性因素占一半左右。而从微观来看，在精子运动的过程中，其尾部（也就是鞭毛）发挥了至关重要的作用：鞭毛必须以非常精确和协调的方式跳动，才能推动精子向前。

基于这样的背景，近日，《科学》杂志上的一项研究就揭示了确保精子鞭毛以正确节奏跳动的生理关键。研究显示，其关键在于一种蛋白质修饰机制，动物实验提供的直接证据表明，缺少这种特殊的蛋白质修饰，精子无法保持直线运动，只能原地打转，最终导致雄性不育。

其中，精子鞭毛的核心由微管蛋白组成，同时还有数以万计的微型分子马达，即动力蛋白（dynein），它们紧密协调，有节奏地弯曲微管，导致鞭毛跳动和转向。微管蛋白广泛存在于各种细胞中，参与多种生理活动。不同类型的细胞中，它们会被一系列不同的酶添加上不同的“分子标签”，从而发挥不同的功能。

而在像精子这类具有鞭毛（或纤毛）的细胞中，科学家们发现，微管蛋白上会被添加一种特殊的甘氨酸标签，因此这一过程被称为甘氨酸化（glycylation）。

在这项研究中，为了探索微管蛋白上的甘氨酸标签对于鞭毛和纤毛的功能有什么作用，科学家们构建了一种特殊的基因缺陷小鼠：它们同时缺少两种关键的酶，导致细胞的鞭毛（或纤毛）无法被甘氨酸化。结果发现，无法被甘氨酸化的雄性小鼠具有不育的问题。

利用计算机辅助分析，研究人员观察到，这些小鼠的精子能够正常组装鞭毛，也能游动，然而鞭毛的跳动节奏变得紊乱。造成的结果是，精子无法正常地直线前进，而是沿着圆形路径绕圈。这种异常的运动模式意味着，精子将很难到达卵母细胞开始受精。

研究人员表示，他们的工作表明，微管蛋白糖基化通过调节轴突动力蛋白的运动来调节哺乳动物鞭毛的运动。缺乏糖基化导致小鼠精子活力紊乱和雄性不育。而考虑到人类精子比小鼠精子更容易受到精子活力不足的影响，这就意味着，微管蛋白糖基化的扰乱可能是人类某些形式的男性不育的基础。