有关直接研究精子在附睾成熟过程中膜流动性的报道比较少。但现有结果一般认为是随附睾成熟运行,精子膜的流动性是逐步降低的。Majumder用芘(pyrene)掺入膜的脂相形成在480nm的荧光激发物,发现在山羊附睾头部未成熟精子中比成熟精子产生量要大。用1,6-二苯基1,3,5-己三烯(DPH)作为亲脂探针,其荧光偏振值在未成熟精子最低,尾部成熟精子最高。以此表明精子在附睾成熟过程中,膜脂的流动性有非常明显的下降。张君慧等用两种脂肪酸自旋探针(5DSA,16DSA)分别标记膜表层和膜深层,在电子自旋共振(ESR)波谱仪上研究了大鼠附睾头、体、尾各段精子膜膜脂的流动性,也发现从附睾头部到附睾尾部,精子膜表层和深层的序参数逐渐增大,精子膜越来越有序,流动性越来越小。

一般来说,生物膜膜脂的流动方式和强弱取决于膜内磷脂分子的内部结构、胆固醇的含量、膜蛋白分子的影响等。精子从附睾头部被运输到附睾尾部,精子膜中由于新成分的插入或原先成分的失去,其结构发生了变化。精子膜上膜脂的总量是逐渐减少的。

精子膜内与磷脂结合的不饱和脂肪酸(C22∶4,C22∶5)含量逐渐增多,磷脂酰丝氨酸、双磷脂酰甘油的量也逐渐增高,而鞘磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、胆固醇的含量均有所下降。在山羊大约减少了25%(w/w),磷脂30%(w/w),糖脂80%(w/w),相反,在附睾尾部精子中性脂却增加了50%(w/w)。磷脂酰胆碱(卵磷脂,PC)和磷脂酰乙醇胺(PE)以及鞘磷脂是精子膜脂中的磷脂成分,其中PC和PE为主要的磷脂成分。PC和PE均含有3个成分:二酰、烷基酰和烯基酰,其中二磷脂酰乙醇胺在精子成熟过程中下降的最明显,约65%(w/w)。中性脂成分包括甾醇、蜡脂、1-O-烷基-2,3二脂酰甘油、三脂酰甘油和脂肪酸。甾醇代表了将近75%(w/w)的量。在甾醇中胆固醇又占了95%(w/w)。附睾成熟精子(附睾尾部精子)比未成熟附睾头部精子甾醇量约增加了60%(w/w)。在成熟精子,胆固醇/磷脂比例和饱和脂肪酸/不饱和脂肪酸比例明显增高。这些膜脂成分的改变造成了精子膜脂流动性随成熟过程而下降。

有学者发现在大鼠附睾精子膜脂中PE和PC及磷酸甘油酯占了磷脂总量的56%,余下的为鞘磷脂(SM)、磷脂酰丝氨酸(PS)以及二磷酸甘油酯(DPG)。附睾头部精子到附睾体部,PE含量增加,但是从体部到尾部,含量又下降。磷酸酯结合的脂肪酸主要包括棕榈酸盐(软脂酸盐)(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)在鲱油酸酰基(C22∶5)中的摩尔百分比在附睾尾部精子增加。另外,也有学者发现,在大鼠附睾精子上述这些酯类的变化中,磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺下降,而缩醛磷脂量没有变化,使其转化的胆碱缩醛磷脂成为主要的磷脂成分。DPG、鞘磷脂和磷脂酰肌醇略有下降或无变化使其在精子成熟过程中的含量相对增加。对于脂肪酸来说,油酸(C18∶1,n-9)和亚油酸(C18∶2,n-6)从附睾头部精子到尾部精子逐渐下降,而长链不饱和脂肪酸(C22到C24甚至更长)却增加。鲱油酸(C22∶5,n-6)在成熟精子和未成熟精子中均为主要的酰基链,但是一些少见的n-9系列多烯脂肪酸也能在这两个阶段中见到,几乎仅见于甘油磷酸胆碱中,这些脂肪酸在精子成熟过程中也经历了明显的变化。在未成熟精子,胆碱缩醛磷脂量最少,但在成熟后,其量可增加几倍,代表了附睾尾部精子脂酰基链的大部分。

在大鼠,随着精子的成熟,精子膜表面的甘油磷酸胆碱(GPC)也是逐步下降的。这点与大鼠精子膜PC量随精子附睾内成熟而降低,精子膜流动性下降等结论相吻合,其意义可能是为受精建立必要的生物膜构型。

Parks JE等认为在公羊附睾精子中,胆固醇是膜上主要的甾醇,24-脱氢胆甾醇在精子刚从睾丸进入附睾头部时存在于膜上,但在成熟后的附睾尾部精子上就基本消失了。磷脂酰乙醇胺(PE)和甘油磷酸胆碱(GPC)代表了膜上磷脂的70%~80%。在附睾精子成熟过程中,乙醇胺部分相对于GPC的含量是下降的。胆固醇和磷脂的摩尔比例随精子成熟而上升。大量的磷脂结合脂肪酸在头部精子主要是软脂酸(C16∶0)酰基团,在尾部精子则主要是二十二碳六烯酸(C22∶6)酰基团。

Haidl也分析了人附睾精子膜上酯类的情况,发现PC/(PS+PE+SM)在附睾尾部精子要比头部和体部精子为高,原因是PC增加,PS、PE、SM下降。对于脂肪酸,在头部精子以饱和脂肪链为主,在附睾尾部精子则以长链不饱和脂肪酸含量最大。

用自旋标记磷脂同型物比较了公羊附睾精子成熟过程中的磷脂的膜内转移运动。发现成熟中的精子其氨基磷脂同类物磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺从膜外侧面至胞质面有一个快速的移动,而磷脂酰胆碱移动比较慢。这提示了磷脂的一种稳定的不对称跨膜分布,以及胞质面氨基磷脂优先富集。在附睾精子成熟过程中,这种快速内向氨基磷脂同类物的重新分布是与氨基磷脂转移酶活性在精子上的存在相一致的。在附睾精子成熟过程中,这种转移酶活性在精子自附睾移行过程中稍有增强,在射出精子则明显增强,而且PE的不对称性也更加明显。Rana等也分析了山羊附睾精子膜上磷脂的不对称性。附睾成熟各个阶段的精子膜上膜内侧和膜外侧磷脂成分有明显的不同。外侧膜富含PC和SM,内侧则以PE为主。虽然在成熟的附睾尾部精子和未成熟的附睾头部精子内膜上的PE/PC相似,但是在体部精子却有明显的下降。在附睾精子成熟过程中,两侧膜上在磷脂成分中的饱和和不饱和脂肪酸分布也有明显的变化。

在仓鼠,附睾头部和附睾尾部精子的总脂肪酸量和总甾醇量稍有区别,然而甾醇的组成区别很明显,胆固醇下降,24-脱氢胆甾醇和7,24-3β-o1-胆甾二烯醇(cholesta-7,24-dien-3β-o1)增加。虽然在附睾移行过程中,脂肪酸链有增长的趋势,但是脂肪酸组成没有明显改变。

Nikolopoulou研究了猪的附睾精子膜在成熟过程中酯类的变化。发现附睾头部、体部和尾部精子磷脂/蛋白质,胆固醇/磷脂一致。而仅表现为蛋白量和个别酯类上的变化。在磷脂中,磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇百分比下降,而磷脂酰胆碱和鞘磷脂以及多磷酸肌醇增加。在附睾精子成熟移行过程中,游离脂肪酸和主要的糖脂含量下降。胆固醇量下降,然而24-脱氢胆甾醇和硫酸胆固醇增加,二酰基甘油含量也增加。

一般情况下,精子在附睾成熟过程中,精子膜上总磷脂含量减少,有研究也确证了这种减少是磷脂从精子膜上的脱落。有学者认为可能是附睾液中高蛋白浓度就是精子脂质转变的诱导媒介,这功能可能涉及附睾上皮细胞中的亮细胞,在亮细胞中含有脂质小泡,另外在附睾尾部则有能把精子在实验条件下分解的产物累积的现象。

在附睾成熟过程中,精子的头部增添了胆碱缩醛磷脂,而未成熟的精子在堵塞的附睾管内增龄后也发现有胆碱缩醛磷脂,因此,他的出现可能是增龄的结果,而不是一种依赖附睾的结果。胆碱可以在体内掺入这种精子磷脂。当人的精子放置于体外时,胆碱缩醛磷脂就慢慢地累积。

仓鼠附睾有类固醇硫酸转移酶的存在,而24-脱氢胆甾醇则在附睾远端分泌入附睾管腔。在离体情况下成熟精子比未成熟精子能摄取更多的游离或硫酸甾醇,可能反映了成熟精子膜原本的甾醇总量较低的情况。

在附睾精子成熟过程的膜脂的变化中,精子膜磷脂含量是逐步下降的。过去认为这种磷脂的减少是由于精子附睾成熟过程中脂蛋白从精子膜表面脱落,或是精子在代谢使用脂肪酸过程中磷脂的降解。早期的一些研究显示,射出精子不仅能依靠氧化分解缩醛磷脂库以维持内源性的呼吸,而且可以重新合成一些磷脂和甘油二酯。附睾头部和尾部的精子合成能力有差别。很清楚,从大鼠附睾尾部取出的已经丢失了胞质小体及部分顶体的精子含有的脂质比附睾头部精子低,而且[14C]葡萄糖掺入甘油酯和磷酸甘油酯的概率也很低。在这基础上,人们就可以推想大鼠精子甘油脂的缺乏主要在附睾头部的精子而不是附睾尾部精子。从另一个角度讲,附睾精子从头部到尾部的移行过程中一些脂类的丢失可能是由于附睾精子成熟过程中精子脂肪分解活性的改变。在这个关系上,鉴于附睾精子在其附睾移行中特定的糖酵解酶活性变化不大,附睾尾部精子和附睾头部精子的区别在于其碱性磷酸酶活性较低,但其单甘油酯脂肪酶活性较高。这个脂肪酶(酯酶)是明显不同于精子依赖cAMP的三甘油脂肪酶的。

但这里有一些问题。上述结果所显示的大鼠附睾头部和尾部精子不同的脂类成分分析是在去除了精子胞质小体和顶体后进行的。然而,这两个结构变化在精子附睾成熟移行具主要意义,尤其是顶体。脱落的顶体中含有相当量结合于脂糖蛋白复合体的缩醛磷脂。那么,缩醛磷脂在精子附睾移行中是否有这种变化,目前结论是矛盾的。有的认为是降低的,有的认为没有变化,而另外的则注意到大鼠精子在附睾移行中胆碱缩醛磷脂是增加的。在兔附睾移行最终阶段的附睾精子头部可见一些特殊的能被孔雀绿染色的物质,可能就是胆碱缩醛磷脂。这种物质,在精子于子宫中12h以后消失,可能与精子的获能有关。至于上述这些相左的结果可能是由于所采用实验的条件不同、不同的动物等关系。另外,精子的代谢与精子的运动能力和受精能力的获得有极其密切的关系,在附睾管中的生理情况下,精子是完全处于一种运动静止的状态,是完全不同于一般实验的从附睾精子的取出,并且将之很大程度稀释,又使其暴露于大气氧环境中,而且也可能提供一些外源性的营养物质的非生理状态。

至于精子膜膜脂中的甘油磷酸胆碱(GPC),有学者认为精子本身也能合成。虽然在羊和牛的射出精子只能很慢地将外源性的卵磷脂(磷脂酰胆碱,PC)代谢,但并不释放GPC,羊的睾丸精子和附睾成熟的精子也是同样。但是发现大鼠附睾的精子能结合卵磷脂并将其转化为GPC,而且在附睾头部的精子比附睾尾部的精子这种转化更为活跃。一般认为由于精子本身不能将GPC代谢,所以GPC不会是附睾精子所需能量的来源。但是当精子进入雌性生殖道后,雌性生殖道内含有的二酯酶可利用GPC生成甘油和甘油磷酸酯,两者均可为精子所利用,因此精子上的GPC可能是作为精子代谢底物的储备。

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