精子膜的离子通道

人精子的成熟、运动、获能和精-卵结合是一个复杂的过程,很多因素影响到这些功能,其中多种离子起到重要作用,如Na+、K+、Ca2+、Cl-等,这些离子又大多通过精子细胞膜上的离子通道发挥作用。

Ca2+通道

在影响精子功能的离子中,Ca2+最引人注目。许多顶体反应的激发因子也均能使Ca2+内流增加,继而触发一系列后续过程。研究表明Ca2+通道主要位于精子头部的细胞膜上,由于Ca2+通道对不同的通道阻滞剂有不同的敏感性及通道有不同的开放特点,因此推测精子细胞膜上有不同的Ca2+通道存在,一种为电压依赖性Ca2+通道,用电压依赖Ca2+通道阻滞剂可抑制精子顶体反应时的胞吐作用,体外实验表明,该类阻断剂Nifedipine对精子成熟、获能和受精作用均有抑制作用。Lievano等人用反转录酶-聚合酶链反应技术研究了电压依赖性Ca2+通道几个亚基因α1A、α1B、α1C、α1D和α1E在成熟小鼠睾丸和生精细胞中的表达,结果显示,5种基因在睾丸中均有表达,而在生精细胞中仅有少量α1E和α1A表达。

另一种为孕酮控制的Ca2+通道,孕酮可以诱导体外精子的顶体反应,和其他类固醇激素不同的是孕酮并不是通过促进细胞内Ca2+的代谢,而是通过激起Ca2+内流,导致细胞内的Ca2+浓度增加,因此,精子膜上存在的孕酮受体和Ca2+通道可能是同一个蛋白分子的复合体。

此外,精子膜上还可能存在着环化核苷门控制的阳离子选择性通道,在以cGMP为激动剂时,该通道在电生理实验结果上表现出对Ca2+有更好的选择通透性。

单价阳离子通道

虽然单价阳离子(Na+、K+和H+等)通道的研究远不如对Ca2+通道那么多,但已有研究证明,Na+和K+浓度的改变会影响到精子的成熟,在顶体反应时,Ca2+通道的开放是由精子细胞膜去极化或者由精子细胞内pH升高引起的,而这些过程可能与Na+、K+和H+的跨膜交换有关。Cox研究发现,精子细胞膜对单价离子的通透选择性依次为K+>Na+>Cs+>Cl-,通道开放无明显的电压选择性,Kupitz发现精子膜上可能存在一种ATP激活Na+通道参与精卵结合的生理过程。

阴离子通道

Cl-通道广泛存在于细胞膜和细胞器膜,参与细胞多种功能的调节,Cl-通道与精子功能的关系也逐渐引起重视,在透明带和孕酮诱导的顶体反应中,Cl-是必需的,孕酮诱发人精子顶体反应时,伴有Cl-的快速外流,在溶液中无Cl-或使用Cl-通道阻断剂时,均可阻断精子的顶体反应,进一步研究发现,精子膜上存在两类氨基酸受体/Cl-通道,介导孕酮诱发顶体反应的是γ-氨基丁酸受体(GABAAR)/Cl-通道,介导ZP诱发顶体反应的是甘氨酸受体(GlyR)/Cl-通道。

GABAA受体/Cl-离子通道

用H3标记的GABA进行结合试验,发现精子膜与GABAA有特异性的结合,显示GABAA受体的特性,对孕酮及其多种同系物诱发顶体反应的研究表明,人的获能精子与GABAA受体阻断剂孵育后,孕酮诱发顶体反应的比例明显下降,GABAA在人精子膜上的存在,暗示该通道蛋白和精子膜上的孕酮受体可能是同一个复合体。间接荧光法还观察到,小牛大脑皮层GABAA受体α-亚单位的单抗与人精子产生免疫反应的荧光带,主要出现在靠近顶体附近的窄的赤道板区域,用同一种抗体进行免疫印迹试验,得到相对分子质量分别为50 000和75 000的两个主要反应带,前者与在其他细胞报告的GABAA受体的α-亚单位的相对分子质量接近。

Gly受体/Cl-通道

在研究孕酮和ZP诱导的顶体反应时就已观察到,GABAA受体拮抗剂荷包牡丹碱可阻止孕酮和GABAA诱导的顶体反应,提示精子膜上还有另一种受体/Cl-通道存在,它介导ZP诱导的顶体反应,以后证明GlyR/Cl-通道阻断剂士的宁可抑制ZP引起的顶体反应,证明了这一作用,利用大鼠脊髓甘氨酸受体α-亚基和β-亚基的单克隆抗体对猪精子进行免疫荧光和免疫印迹试验,也发现在精子膜上的荧光带主要位于顶体周膜,单抗的两条特异结合蛋白的相对分子质量分别为59 000和58 000,与脊髓甘氨酸受体两个亚基的相对分子质量相近,为GlyR/Cl-通道在精子膜上的存在提供了直接证据。(周作民)

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