精子趋化运动的启动分子

目前,对于精子趋化的启动分子,也就是趋化诱导物,以及其诱导精子发生趋化运动的分子机制,集中于海洋无脊椎动物精子的研究。对于人和哺乳动物,一些鉴定的趋化诱导物中,一些需要进一步证实,也有一些仍存在争议。

海洋无脊椎动物精子的趋化诱导物

已鉴定出多种,从氨基酸、肽、脂质到硫化甾类,包括:

resact

resact是一种14个氨基酸大小的精子激活肽(SAP),从海胆卵母细胞外层胶冻样物质中分离出来,是目前海胆生物中唯一被确认的精子趋化物。resact最初激活的胞内信号事件是一过性的cGMP增加。浓度梯度存在的cGMP已被证实可以诱导海胆精子趋化样运动模式出现。

海星皂甙(asterosap)

棘皮动物的细胞信号以及对运动的反应是保守的,海星精子在有浓度梯度存在的海星皂甙中调整运动轨迹并聚集于海星皂甙源头附近。Matsumotol等曾经报道极低浓度的海星皂甙就能引起精子钙离子内流;而且,海星皂甙在N-具有一段与“startrak”高度相似的序列,后者是从海星不成熟卵细胞中分离出的一种精子趋化蛋白。这些发现支持海星皂甙是一种化学趋化物质。

L-色氨酸

L-色氨酸被报道是红鲍鱼精子天然的化学趋化物,能快速大量被鲍鱼卵细胞释放,足以改变鲍鱼精子的运动速度和方向。活鲍鱼卵细胞分泌的L-色氨酸在其周围形成自然的浓度梯度,特异性吸引精子游向卵细胞;相反,浓度均匀升高的L-色氨酸抑制精子游动,起着避孕作用。

allurin

allurin是一种相对分子质量为21 000的蛋白,从非洲爪蛙卵细胞周围胶冻样物质中提取。allurin存在于卵细胞外周胶质的最外层,能在15min内快速释放到周围液体中,运用快速蛋白液相色普法(FPLC)已提取出该蛋白。尽管allurin相对分子质量明显大于其他的精子趋化物,这并不妨碍他从排出的卵细胞表面高效率的扩散出去以形成浓度梯度。Allurin已被证实能吸引精子。

人和哺乳动物中可能的趋化物

卵泡液能够趋化诱导精子,卵泡液内的一些成分被认为是人和哺乳动物精子趋化诱导物的候选对象,如:孕酮和心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP)。但是由于研究精子趋化性的条件不一致,这些候选因子的可靠性值得怀疑。

孕酮

孕酮是研究得较多的精子趋化诱导物候选对象之一。Villanueva-Diaz等提取卵泡液不同成分以研究精子趋化性时发现:精子趋化性与一种脂质样分子有关联;卵泡液里的几种激素中只有孕酮能够诱导精子趋化性。用孕酮受体抗体拮抗孕酮作用后,其聚集精子的能力同时被消除。卵丘细胞分泌的孕酮能在卵子周围形成含孕酮浓度梯度分布的环境;皮摩尔到微摩尔浓度的孕酮就能诱导人和兔精子趋化行为。除此外,卵泡液中应该还有其他的精子趋化诱导物,因为有研究去除卵泡液内的甾类仍可检测到精子的趋化运动。然而,孕酮是否精子趋化诱导物仍有争议,原因有二:首先仅有一少部分精子沿着孕酮浓度梯度方向运动;其次,微摩尔到毫摩尔浓度的孕酮可以诱导精子顶体反应,失去顶体的精子头部具有黏附性,易于在朝向孕酮来源的方向上聚集。因此,推测仅低浓度的孕酮可以考虑是具有趋化诱导精子的能力。

ANP

卵泡液里存在ANP,其特异性受体被发现存在于人精子。尽管精子对ANP的趋化性已被报道,但有证据显示卵泡液中的ANP可能是作为鸟苷酸环化酶激活因子作用于鸟苷酸环化酶而模拟出生理性的化学趋化物特性。所以,ANP是否是化学趋化物质尚不能最终确定。

P物质

P物质存在于卵泡液。含P物质液体里聚集的精子数量显著高于对照组(不含P物质),且呈剂量与时间依赖性,认为这种现象与精子趋化性有关,而非化学动力作用所致。

尿激酶型纤溶酶原激活因子(uPA)

uPA是一种丝氨酸蛋白水解酶,广泛分布于雄性生殖系统,从生精上皮、精浆到精子等;参与调节精子获能、顶体反应、受精、精子活力等生理功能。同时存在于排卵后的卵丘细胞团分泌物中,与受精活动关系密切。近来被报道在体外能诱导小鼠精子的趋化性,以及增进精卵交流。

血小板活化因子

血小板活化因子(platelet-activating factor,PAF)PAF是一种小分子磷脂,是组织细胞的一种自分泌调节因子,广泛参与精子获能、排卵、受精、胚胎着床等生殖生理过程。卵细胞和卵泡细胞均可产生PAF,是人卵泡液内的一种重要成分,于排卵前水平逐渐升高。吴翠娇等体外实验发现PAF能够诱导小鼠精子的趋化性。

趋化因子RNATES

RANTES(Regulated on Activation Normal T Expressed and Secreted)是卵泡液内的一种趋化因子,由68个氨基酸组成,相对分子质量约8 000。RANTES存在于精浆、子宫黏液、腹膜液,在体外能够诱导精子趋化性,可能是一种化学趋化物质。同时RANTES还可能是潜在的嗜酸粒细胞、单核细胞以及T淋巴细胞的化学趋化物质。在不育不孕症患者RANTES有不同程度升高,例如子宫内膜异位症以及雄性生殖道感染。因此,RANTES到底是发挥积极促生育作用还是导致不育不孕目前尚不清楚。

其他

肾上腺素、催产素、降钙素、乙酰胆碱、纯化的猪抗凝血酶因子等也被报道在体外能诱导精子趋化性。近期有报道关于SDF-1(stromal cell-derived factor-1)对人精子的趋化作用,以及NPPA(natriuretic peptide precursor A)对小鼠精子的趋化作用。

气味分子及其受体与趋化运动

除了孕酮,精子含有许多G蛋白耦联的气味分子(如odorant)受体,被认为与精子趋化行为有关。免疫标记研究显示odorant受体定位于狗和大鼠精子鞭毛中段;hOR17是特异性表达于人睾丸上的odorant受体。Bourgeonal是一种添加于香水里的芳香醛类物质,是hoR17-4的配体,能诱导人精子沿着Bourgeonal分子的浓度梯度上游。在小鼠精子上也鉴定出odorant受体,与类似Bourgeonal的lyral结合,能够吸引小鼠精子。该研究观察到精子围聚在装有lyral的毛细管口处,这种聚集不排除高浓度lyral捕获精子使之不能游动。

但是对odorant的报道仅出现在2003年和2004年,暂未见新的进展报道;并且,在遇到Bourgeona或Lyral时,只有36%的人精子和10%的小鼠精子出现Ca2+水平增加。而且,Lyral的受体MOR23仅表达于30%的生精小管;bourgeonal和lyral都是花粉,在人和哺乳动物的对应物尚未发现。因此,即使Bourgeona和Lyral确实是精子趋化诱导物,也不是全部的精子能对他们呈现应答;对odorant在人和哺乳动物精子的趋化诱导作用仍有争议。

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