附睾精子成熟过程中的能量代谢

精子活动和代谢的客观测量显示活动是由糖酵解和线粒体呼吸作用产生的ATP所支持的。

附睾精子含有所有能有效进行糖酵解的酶类,其中大多数是处于一个高活性状态。在大鼠附睾精子糖酵解酶的活性要明显高于附睾组织。己糖激酶、磷酸果糖激酶和磷酸甘油变位酶活性至少超过附睾组织的10倍以上。NADP苹果酸脱氢酶、线粒体三磷酸甘油脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、肉碱乙酰转移酶和柠檬酸合成酶是附睾组织的5~400倍,山梨醇脱氢酶仅存在于附睾精子中。

未成熟的精子不论是从睾丸或是从近侧附睾取出,一般都比成熟精子有较大的氧化和合成能力。但就脱氢酶的组织化学和用寡酶素抑制大鼠睾丸精子或就附睾体部精子的线粒体功能来看,在成熟过程中线粒体有极少变化。虽然睾丸精子可能比射出精子摄取较多的葡萄糖,但从多种动物来看,却没有糖酵解酶于成熟时期改变活性的普遍趋向。ATP酶的总活性在羊和大鼠是成熟精子比较高。但就附睾精子成熟过程中精子内ATP总含量的变化,在大鼠是逐步增加,而在羊和豚鼠是未成熟精子的含量较高。

有学者用定量细胞化学的方法发现大鼠精子糖酵解酶LDH-X有随附睾精子成熟逐步增加的趋势,另外附睾精子内的肉碱含量,以及肉碱乙酰转移酶在成熟精子中活性最大,以及附睾精子中ATP含量的这种增加性变化均反映了精子在附睾成熟过程中能量代谢的逐步增强。

精子代谢的改变:睾丸内的精子主要依靠糖酵解供能,在附睾内运行过程中,精子在成熟过程中,精子也可利用内源性磷脂作为供能基质,这样一个见解得到了下述实验结果的支持:

  1. 当精子经过附睾时其总磷脂含量减少。
  2. 成熟期间精子的中性脂质和磷脂两者的酰基酯含量均下降。在羊,从中性脂质除去的脂肪酸(主要是不饱和脂肪酸)比磷脂质去除的酸较多。大鼠精子在成熟过程中总脂肪酸的减少伴随三磷酸甘油脂酶活性的增加。
  3. 剩存脂肪酸的相对链长下降,这些表示曾经有过β-氧化作用,精子中的肉碱和肉碱乙酰转移酶就是脂肪酸氧化的重要物质。当然精子失去游离脂肪酸并不完全就是脂肪酸被氧化。一般认为,如果精子的确能够在其附睾成熟过程中利用内源性的脂质,这些脂质也是属于精子结构上的脂质,最适当的可供使用的脂质就是在如羊、牛、猪等附睾精子中段线粒体上的胞质小体内的膜小泡。

附睾精子成熟过程中的能量代谢在很大程度上受到了附睾微环境中物质的影响。在离体实验中可见高于精子正常生理接触水平的类固醇能抑制附睾精子和睾丸精子的糖酵解和氧化作用,减低羊睾丸精子将葡萄糖转化为氨基酸,并降低牛睾丸精子对肌醇的利用,但从另外一方面,类固醇则增加了牛附睾精子和睾丸精子的脂质合成。然而生理浓度的类固醇未能表现出影响精子代谢的作用,对此一些学者的解释是:精子在附睾内与类固醇的长期接触,有可能相等于体外采用高类固醇的浓度而引起相似的作用。

精胺能刺激大鼠精子需氧的果糖酵解和抑制丙酮酸的氧化作用,其作用需要通过细胞膜而产生。GPC也被一些学者认为能抑制精子的丙酮酸氧化,但这个不可逆的作用不能解释射出精子在女性生殖道中能够利用GPC代谢作为其能量物质而影响的精子运动增加表现。在体外,5mmol/L的肉碱能把羊附睾尾部精子的代谢作用由利用葡萄糖生成乳酸盐改变为生成乙酸盐而维持ATP的生产,也就是增加了精子的代谢效率,但是对附睾头部和体部的精子则无影响。但是肉碱对于精子的能量代谢具有双重作用,低浓度刺激效果可能是由于提供了底物,而高浓度则能抑制乙酰肉碱的代谢。附睾内精子代谢也受到了附睾液内肌醇的影响。有实验表明1mg/ml的磷酸肌醇长时间孵育的睾丸精子其葡萄糖代谢受到了抑制,但250μg/ml的浓度却能促进附睾精子摄取葡萄糖并转化为脂质。但这一点是否确实与精子的不同成熟阶段有关还不清楚。

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