精子获能速率与状态判定

在体内,精子获能速度的测定比想象的要复杂得多。首先,每次射出精子的获能并不是均一的。有些精子或成熟较差或比其他精子对获能更有抵抗性。精子个体是以不同的速率获能的。其他因素如雌性个体的生理状态(如激素)、精子储存部位和与排卵有关的精子储存时间等也影响精子获能时间。精子在体内的获能时间在动物的不同种系也有所不同。

对于各种动物的交配反应而排卵(如兔和猫的诱发性排卵),在体内最小的获能时间可通过以下方法估计:①交配或人工授精后,在不同的时间内从雌性生殖道内取精子检测;②将精子转移至其他刚排卵(通过与输精管结扎的雄性或注射LH的方法)的雌性的输卵管内后立即检测其受孕能力。用这种方法测定兔精子在子宫的最小获能时间是5~6h。对于大多数排卵独立于交配性刺激(自发性排卵;绝大多数哺乳动物,包括人类是自发性排卵)的动物来说,体内最小获能时间可通过下列方法测定:①在排卵期或排卵后的短期内与雌性交配或人工授精;②决定精子最先穿透卵子的时间。用这种方法测定各种动物体内的最小获能时间不完全一样,如小鼠是1~2h,羊是约1.5h,猪是2h或稍低于2h,大鼠是2~3h,仓鼠和恒河猴是3~4h。

在各种不同种属哺乳动物中精子获能时间差异的原因尚不清楚。Davis(1981年)曾提出一种学说,认为精子在附睾中成熟期间胆固醇被结合在精子质膜的磷脂中,并将精子与精浆联系起来。胆固醇的结合率在种属之间存在着差异。膜胆固醇与磷脂的比率越高则获能时间越长。例如兔的膜胆固醇与磷脂的比率约为1.0,其获能所需最小时间是5~6h;而猪膜胆固醇与磷脂的比率约为0.35,需要2h来获能。

有关在光学显微镜下能否从非获能的精子中区别出获能精子的问题目前尚有争论。Ericsson认为可以。他先用荧光色素四环素(tetracycline)标记刚射出的兔精子表面,然后在雌兔子宫内(被认为是精子获能部位)孵育6~7h。这时,在荧光显微镜下运动精子表面不再能测出四环素。Ericsson认为四环素从精子表面的丢失是精子全部获能的表现。尽管后来一些用兔和其他物种研究结果支持这一观点,但Vaidya等对此表示怀疑,因为吸收在精子表面的四环素早在精子完全功能性获能后就已经被去除。也就是说已经丢失四环素的精子也许的确已经获能,但也许是部分获能。迄今为止,如果不干扰精子致孕能力,在光学显微镜下没有可靠的技术来鉴别获能或非获能精子。

在体外将精子与卵子混合或将其存放在刚排卵的雌性输卵管内以确定精子是否获能。如果卵子“立即”被受精,则精子毫无疑问已被功能性的获能。这种方法是明显的。即使百分之百的卵子被立即受精,也不意味着精子百分之百地获能。在所有精子中,只有一小部分精子能被获能,然而这一小部分精子也可能使所有卵子受精。但是,毕竟是一个精子使一个卵子受精。我们是否能通过检查精子的顶体反应来判断获能呢?答案是肯定的。但必须注意其不足之处。因为,如果百分之百的精子毫无疑问的立即出现顶体反应,则他们必定已被全部获能。可事实上,在所有人群中并不是百分之百的精子都发生顶体反应。在绝大多数情况下,总有一些精子不发生顶体反应。在发生顶体反应以前我们不能准确判断哪一些精子已经获能或哪些精子没有获能。

现代实验中,在体外精子孵育条件下,获能状态的判断多数是通过用各种诱导物诱导后发生的顶体反应来间接进行的。如用ionomycin、LPC、zona诱导的顶体反应(AR)来间接判定精子获能情况。

在现代分子生物学水平上,已研究出许多针对人类精子抗原的单克隆抗体。而HS-13单抗可对人、大鼠和小鼠的顶体内抗原起反应。从人类精子中提纯的同类抗原命名为HSAg-13,它是一种相对分子质量约80 000的蛋白质。这种单抗可用作探针用免疫组化技术来研究人类、大鼠和小鼠组织中同类抗原的组织分布和表达。目前,HS-13被认为具有较高的精子特异性,并被发现是唯一在精子和睾丸中表达的抗原。在人和鼠类的其他组织中还没有发现有该抗原的表达。在大小鼠中,它表达于精子发生有丝分裂后期。用直接免疫荧光染色技术证实,HS13只与甲醇固定的完全顶体反应的精子起反应,而对活精子却无此作用。用钙ionophore A23187处理后,顶体反应精子既呈现出在赤道带的阴性染色或呈现出残留染色;提示HSAg-13在顶体内的分布情况。将人精子孵育在BWW液中一夜后可产生自发性顶体反应并导致抗体染色显著性地减少。研究者认为,HS-13单抗可以常规地用于监测精子获能和顶体反应(AR)。

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