精子成熟过程中精子膜表面糖基和表面负电荷的改变

研究精子膜糖基的组成,一般可用植物凝集素(lectin)作为细胞膜的特异性分子探针。如刀豆球蛋白(ConA)可与葡萄糖胺和甘露糖结合,麦芽凝集素(WGA)可与N-乙酰葡萄糖胺结合,蓖麻凝集素(RCA)可与半乳糖或N乙酰半乳糖胺结合。研究结果表明,精子膜上不仅存在不同的糖基,而且在附睾成熟过程中,精子膜糖基发生了规律性的变化,在不同的动物间也有明显差异。

家兔附睾头部精子极易和WGA相结合,而附睾尾部的精子和WGA的结合力明显降低,表明精子成熟过程中,精子膜的N-乙酰葡萄糖胺有所减少或被掩盖。用标记的WGA作受体定位,发现附睾头部精子WGA受体主要位于顶体后区,而附睾尾部的精子WGA受体分布稀疏。

Sinowatz等用胶体金技术发现牛附睾精子成熟过程中ConA在附睾头部和尾部精子的头部细胞膜上都有大量分布。对于WGA,两个部分精子的顶体区域均有明显分布,在精子的顶体后区,附睾头部精子有稀疏的分布,而尾部精子,在一个杯状细胞膜区域有比较强的分布。在精子的尾部,ConA和WGA的结合部位有些差异。附睾头部精子尾部比附睾尾部精子的尾部,ConA有比较多的结合,WGA在两个区域的精子尾部没有什么变化。同时,随着精子从附睾头部至附睾尾部的移行,RCA和WGA的凝集有明显增加,ConA不明显。荆豆凝集素(UEA)无凝集反应。ConA结合的超微结构观察,在精子尾部,随着精子成熟移行,结合量明显增加,而WGA没有区别。

山羊成熟的精子比未成熟的精子更容易与ConA和WGA结合。ConA全部分布在成熟精子的表面,WGA则分布在精子头部顶体帽的区域,RCA分布在成熟精子的顶体后区。精子在成熟过程中,ConA/WGA受体增加。WGA受体是糖脂的可能性比糖蛋白的可能性为大。

猴附睾精子在成熟过程中ConA和WGA受体的分布呈相反的规律:随附睾移行,精子膜上ConA受体增加,而WGA受体减少。这种变化主要发生在附睾的远端体部。

Hermo等观察了大鼠附睾精子顶体的Lectin标记情况,发现RCA在整个附睾各段精子上的分布类似,但精子顶体标记密度在附睾起始部和头部比体部和尾部要明显降低。

在小鼠,WGA结合位点也是增加的。

Magargee等发现,在公羊ConA比较弱地结合在附睾各段精子的整个表面,在整个附睾成熟过程中变化不大,SBA(N-乙酰半乳糖胺阳性)在附睾头部精子结合比较强,特别是在精子头部顶端。随着精子在附睾中的成熟,SBA结合明显下降,但是在射精时又重新获得。RCA、PNA和ECA(半乳糖阳性)表现基本相同,开始分布在精子的除了头部前端外的整个表面,随着附睾中成熟,结合量下降。WGA(唾液酸阳性)开始结合较弱,以后随着附睾成熟过程,结合逐渐增加。

在恒河猴中发现,大多数存活精子没有表现出与ConA和PNA的结合。WGA在附睾体部至尾部精子结合量一样。未固定精子表现出非常明显的结合方式变化。用多聚甲醛或乙醇固定的大多数精子显示出顶体部分有最强的Lectin结合。但在顶体后区,始终没有Lectin的结合。附睾精子结合Lectin的能力随附睾成熟过程增加,从附睾体部就开始有最大量的结合。狒狒和黑长尾猴附睾精子成熟过程中精子膜WGA结合也有差别。

附睾尾部精子膜表面负电荷比附睾头部精子有明显减少,这是由于精子在附睾成熟运行过程中,精子膜表面的唾液酸减少的结果。大鼠附睾头部精子比成熟精子有较多的唾液酸受体。唾液酸是一种带强烈负电荷的酸性糖基,他能使精子在成熟过程中由于同性电荷相斥作用而不发生凝集效应,为精子构成一个良好的微环境。精子顶体前区的胞膜富含唾液酸糖基,对保证精子结构的高度稳定及完整具有重要作用。精子在附睾成熟运行过程中精子膜唾液酸量不断降低可能是为了在受精过程中,精子要先有凝集的能力,然后才获得与卵子结合的能力,呈低电荷状态的精子容易与卵子表面的负电荷相识别,从而加速受精作用过程。有些男性射出精子的表面电荷不正常,导致精卵结合困难,有可能是其不育的原因。

丁之德等用FITC-WGA和膜胶体铁方法研究了大鼠附睾精子成熟过程中的WGA结合变化以及精子膜负电荷的变化,并测定了附睾精子膜唾液酸的含量。结果显示三者均随附睾的成熟而降低。

精子从睾丸进入附睾头部时并没有获得正常成熟时所获得的蛋白质外衣或膜电荷。在大鼠附睾尾部精子膜含有一种附睾头部精子所缺的唾液酸糖蛋白,该蛋白最先是在附睾尾侧出现。

冰冻断裂技术显示牛精子经过附睾头部远端时,顶体区的膜内颗粒暂时呈规则的几何图形;接近附睾尾部时,变成了六角形;在射出精液后的精子,膜内颗粒几乎完全消失。膜内颗粒的变化反映了精子膜的糖衣在附睾成熟过程中以及射精时的变化。

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