精子膜凝集素受体

凝集素和凝集素受体

凝集素(lectin)是一类能高度特异地识别、结合糖基,并能促进细胞凝集的蛋白质或糖蛋白。1888年 Stillmark等首先发现蓖麻籽中含有一种能使红细胞凝集的蓖麻籽凝集素;1974年,Hudgin等又从兔肝细胞膜中纯化了一种可与半乳糖专一性结合并引起细胞凝集的蛋白质,这类存在于细胞膜上的凝集素,被称为膜结合凝集素。以后的研究发现,细胞膜不仅有膜结合凝集素,而且存在凝集素受体。所谓凝集素受体是指分布于细胞膜表面能与相应凝集素结合的糖基。精子膜表面存在多种凝集素受体。其中较为常见的有9种。精子膜凝集素受体在精子发生、成熟、获能和受精过程中发生了显著的变化,这些变化与精子和卵子相互识别、黏附、结合等受精能力的获得密切相关。因此,近年来精子膜凝集素受体一直是男科学基础与临床研究中十分活跃的领域之一。

精子膜凝集素受体变化及其功能

精子膜凝集素受体中的糖基主要由一些单糖或寡糖构成,如葡萄糖、甘露糖、半乳糖、唾液酸、N乙酰氨基葡萄糖、N乙酰氨基半乳糖等,这些糖基可与凝集素发生特异性结合,如麦芽凝集素(WGA)能与N乙酰氨基葡萄糖特异性结合,刀豆素A(ConA)可专一性地结合于葡萄糖或甘露糖,所以,人们常用凝集素作为分子探针,研究精子膜凝集素受体的分布及其变化特征。

精子膜凝集素受体在精子发生、成熟过程中的变化

精子发生经历了精原细胞增殖、精母细胞成熟分裂及精子细胞变形为精子3个阶段。一些哺乳动物精子凝集素受体在精子发生阶段就发生了显著变化,如猪在精子细胞阶段开始出现凝集素受体,主要分布于顶体区;小鼠精子发生过程中也出现了PNA、RCA-I、SBA、ConA、WGA、UEAI和DBA 7种凝集素受体;而人以及公牛、兔、狗、猴、大鼠等精子膜凝集素受体的变化与精子顶体发生、形成也密切相关。

精子离开睾丸后,进入附睾,在附睾移行过程中获得了运动和受精能力,达到结构和功能上的成熟。精子在成熟过程中,附睾分泌的糖苷酶和糖基转移酶可能使精子膜一些大分子糖蛋白丢失、降解或者糖基转移;而另一些附睾分泌糖蛋白可能附着、整合于精子膜成为精子膜的一部分。Nicolson等人应用铁蛋白标记WGA、ConA以及RCA的技术研究家兔精子在附睾成熟过程中凝集素受体变化,结果表明精子WGA受体和RCA受体从附睾头部至附睾尾部逐渐减少,减少主要区域为顶体区,而精子ConA受体几乎不变。但Cordon和Lewin的研究报道与Nicolson等人的结果不尽相同。Cordon证实家兔精子附睾成熟过程中ConA受体在顶体区逐渐增加。而Skarker等发现在大鼠精子成熟过程中WGA和ConA与精子的结合量也逐渐增加,增加的主要区域发生于顶体区。

上述结果表明,精子在附睾成熟过程中,伴随着精子膜凝集素受体的变化,一些凝集素受体增加了,而另一些凝集素受体减少了,其变化可能主要集中于顶体区。精子膜凝集素受体变化的具体机制尚不清楚,可能有以下原因:

  1. 附睾分泌蛋白附着于精子膜,遮盖了原有的精子膜糖基,或者形成了新的糖基,从而改变了精子膜凝集素受体的分布特征;
  2. 附睾分泌的糖苷酶使精子膜糖蛋白降解、丢失,糖基转移酶使糖基发生转移;
  3. 精子膜糖蛋白立体构型发生变化,使糖基成分被掩盖或被暴露。

大量研究表明,凝集素受体在精子发生、成熟过程中,其分布特征的形成与变化为精子获得与卵子识别、结合和融合等受精能力作了相应的准备,也可能与精子运动能力的获得相关。

精子膜凝集素受体在精子获能过程中的变化

获能是精子受精前的准备,其本质在于暴露精子膜的精卵识别装置,并使精子膜处于不稳定状态。换言之,精子获能是精子膜在分子水平上的重建,其中,精子膜凝集素受体的变化是参与获能的重要因素。Ahuja研究发现仓鼠精子获能过程中ConA受体和LCA受体数量经历了由少至多,又由多至少,再由少至多的复杂变化;而PNA受体和WGA受体逐渐减少。Talbot等人发现豚鼠精子获能后SBA受体增加。Tesarik等采用FITC耦联的甘露糖化牛血清白蛋白(FITC-M-BSA)为探针,研究人精子头部质膜在获能前后甘露糖结合活性的变化,结果表明,获能后的精子头部顶体区或顶体后区表达有甘露糖受体活性,而且只有正常生育力的精子才有此特征。Benoff等人在以后的研究中也得出与其相似的结论。另有研究表明,人精子获能前在顶体后区没有SBA受体,获能后出现了SBA受体,人精子膜WGA受体在获能后也有显著增加,并转移至精子顶体后区。有研究揭示,获能时精子膜凝集素受体重排,可为精卵结合创造条件。

精子获能过程中膜凝集素受体分布有序重建、重排的原因可能是:

  1. 获能后精子膜流动性增大,糖蛋白发生了位置变化,如一些糖蛋白或集簇或分散,从而导致凝集素结合位点的相应变化;
  2. 精子膜相关酶的活化,对膜糖基进行修饰,改变了凝集素受体的分布特点;
  3. 糖蛋白、糖脂分子的立体构型改变,使原有的糖基或暴露或掩盖,所以,凝集素结合特性发生了改变。

精子膜凝集素受体在受精过程中的作用详见下一篇。

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