两蛋白因子调控精子激活

本报讯（通讯员邵群 记者闫洁）中科院生物物理所苗龙课题组和北京生命科学研究所董梦秋课题组合作，在猪蛔虫中鉴定出了两个精子激活调控相关的蛋白因子：丝氨酸蛋白酶抑制因子As_SRP-1和类胰蛋白酶As_TRY-5，并阐述了两者间相互协同作用调控精子成熟的机理，为精子竞争研究提供了全新的分子机制。第一作者为赵艳梅博士的研究论文日前在线发表于《美国国家科学院院刊》。
 
研究人员介绍说，广泛发生的寄生虫病对人类健康和农牧业生产具有长期潜在甚至灾难性的影响。仅就蛔虫而言，目前全球约有12亿人感染，可导致儿童营养匮乏、体质受损、认知发育缺陷甚至死亡，并对养殖业造成巨大的经济损失。因此，研究蛔虫精子发育和受精机理对控制其传播具有重要的指导意义。同时，猪蛔虫精子细胞是研究阿米巴细胞运动极好的模式材料，了解其运动机制可进一步揭示阿米巴细胞运动的调控模式。完成减数分裂的精子细胞需要一个成熟的过程（即精子获能或精子活化）才能发育为功能性精子。目前，科学家对于该过程所涉及的生理、生化及精子形态改变的机理还了解甚少。
 
苗龙课题组和董梦秋课题组通过多种实验手段，发现猪蛔虫精子细胞在活化过程中释放出一个丝氨酸蛋白酶的抑制因子As_SRP-1。进一步的研究表明，该蛋白被释放后执行了两种功能：（1）结合到已活化或开始活化的精子表面，维持伪足细胞骨架的动态组装；如果As_SRP-1的结合被破坏，精子的运动能力随之丧失。（2）抑制一个由输精管末端分泌的、诱导精子活化的丝氨酸蛋白酶As_TRY-5，通过抑制其活性，As_SRP-1阻碍了周围其他精子细胞的活化。该“双刃剑”功能一方面在雄性体内抑制其他精子的提前活化，这种精子间的互助合作极大地保证了雄性个体在交配时精子的成功转移；另一方面，交配完成后在雌性生殖道内，这种精致的负反馈调节驱动精子竞争从而实现受精的最优化选择。
 
传统研究认为，运动活跃的精子细胞只是被动地参与由多种体细胞分泌蛋白组成的精液所介导的精子竞争。但是，此次研究发现，精子细胞在活化的过程中主动分泌蛋白，从而影响自身和其他精子细胞的成熟，为宏观上广泛存在的精子竞争提供了全新的分子机制。另外，其他动物如昆虫、小鼠的精液里也有蛋白酶和蛋白酶抑制剂，因此类似调节机制可能广泛存在。
 
该文章的另一亮点是不依赖于蛋白数据库的肽段从头测序。以前的从头测序效果欠佳，鲜有实际应用。为了此项研究的需要，董梦秋研究组与中科院计算所贺思敏研究组共同开发了肽段从头测序的质谱实验流程和算法，达到了与数据库搜索相当的鉴定效果。最新公布的猪蛔虫基因组草图将极大推进后续研究的进行。