顶体是精子精子发生酪氨酸磷酸化的另一重要部位, 获能体系有利于精子发生酪氨酸磷酸化, 尤其是提高精子顶替区域的磷酸化水平 获能期间, 精子质膜的通透性发生改变, 膜上某些离子通道打开,Ca2+ 与 HCO3- 进入胞内,AC 被激活, camp 升高, 激活 PKA, 激活酪氨酸激酶, 酪氨酸磷酸化

1 精子获能的分子机制假说? 现今许多学者研究人员通过体外模拟雌性生殖道内的环境, 来探索精子获能的分子机制 对分子获能有以下了解 : 获能期间, 精子质膜结构与生物化学特性发生系列改变, 质膜胆固醇含量减少, 膜的离子渗透性增加, 膜的超极化, 胞内 ph 升高,Ca2+ 和 camp 含量增加, 超氧阴离子生成量增多, 以及特异蛋白质的酪氨酸磷酸化增强等 目前认为, 精子获能正是这些变化的综合结果 一 胆固醇流失精子获能期间, 精子膜的流动性发生改变, 精子膜脂类发生重排, 胆固醇磷脂比率降低 这些变化引起了精子膜的稳定性发生变化, 从而有利于精子获能的发生 在精子体外获能期间, 牛血清蛋白 (BSA) 牛精浆蛋白(BSP) 高密度脂蛋白 (HDL) 环状糊精(MBCD) 等会促使精子膜上的胆固醇流失 BSA 在有 HCO3- 存在时与胆固醇结合, 以浓度依赖的方式刺激胆固醇外流 Visconti 等研究证实, BSA- 胆固醇不仅抑制 BSA 去除精子浆膜胆固醇, 亦可抑制精子获能和蛋白质酪氨酸磷酸化, 进一步支持了 BSA 在精子获能中的作用 Therien 等发现,HDL 可直接诱导胆固醇流失, 其作用比白蛋白更强 Visconti 等亦证实,MBCD 增加蛋白质酪氨酸磷酸化的能力与胆固醇流失率相关 二 Ca2+ 与 HCO3- 获能的第一个反应就是精子细胞内 Ca2+ 和重碳酸盐浓度的增加 钙离子 (Ca2+) 在精子一系列生理活动过程中起着关键的调控作用, 并与环磷腺苷 (cyclic adenosine momophosphate,) 和 HCO3- 有着密切关系 Ca2+ 在精子获能的过程中会产生正反两方面的作用 细胞内 Ca2+ 浓度增加, 会促使腺苷酸环化酶的活化,cAMP 升高, 继而激活蛋白激酶 A(protein kinase A.PKA) 获能期间细胞内 PH 会升高, 已经证实, 精子膜上含有阴离子运输蛋白, 且阴离子抑制剂抑制 HCO3- 的功能 进入精子内的 HCO3- 可使精子细胞内 PH 值升高 HCO3- 不仅是能够调节精子膜电位, 还可以激活腺苷酸环化酶的合成, 从而促进 camp 的升高 三 蛋白质酪氨酸磷酸化蛋白质的酪氨酸磷酸化程度增强是精子获能后重要的标志之一, 研究发现酪氨酸磷酸化蛋白通过多种信号通路参与精子获能, 并且影响到精子获能后一些生理变化如 : 超激活运动 顶体反应等 精子鞭毛是精子发生酪氨酸磷酸化的主要部位

顶体是精子精子发生酪氨酸磷酸化的另一重要部位, 获能体系有利于精子发生酪氨酸磷酸化, 尤其是提高精子顶替区域的磷酸化水平 获能期间, 精子质膜的通透性发生改变, 膜上某些离子通道打开,Ca2+ 与 HCO3- 进入胞内,AC 被激活, camp 升高, 激活 PKA, 激活酪氨酸激酶, 酪氨酸磷酸化, 调节精子获能 此外, 精子获能也能诱导某些质膜蛋白发生酪氨酸磷酸化, 从而激发精子与卵透明带结合, 发生顶体反应 四 其他 1 精子膜的超级化获能期间伴随着精子膜的超级化, 虽然对其研究较少, 但已取得了可喜的成就 在精子膜上存在 Na+/HCO3- 交换器, 精子细胞膜电位的超极化依赖于 Na+ 和 HCO3-, 但是对于激活 Na+/HCO3- 交换器的上游信号还不清楚, 进一步研究发现超极化可能与顶体反应中出现短暂 Ca2+ 内流和恢复 Ca2+ 通道有关, 但是对于其机制研究还较少, 目前还没有直接证据 2 活性氧试验证实活性氧 (Reactive oxygen species,ros) 的产生是精子获能过程中最早发生的事件之一 氧化还原反应中产生的 O2- 对精子获能具有重要作用 ROS 在精子获能中的作用具有剂量依赖性特点, 低剂量 ROS 对精子获能是必须的 ;O2- H2O2 及 OH- 皆可启动精子获能 ROS 在精子获能中之所以起重要作用, Lamirande E 等认为是由于 ROS 直接或间接刺激 AC 的产生, 导致 camp 增加 3 肝素肝素诱导获能的机理是 :1 促进精细胞内 Ca2+ 浓度 camp 含量升高 2 去除吸附于精子膜上阻碍获能的精浆蛋白 肝素并非是所有物种精子获能所必需的 4 孕酮孕酮可以影响精子获能 Shah 等发现孕酮是通过顶体膜上的孕酮受体发挥作用, 在顶体膜上有不同类型孕酮受体, 包括 Ca 2+ 通道 蛋白酪氨酸激酶和 Cl- 通道 另外, 孕酮还能够增加精子膜的流动性, 流动性的改变有利于精子获能 2 哺乳动物精子顶体反应的分子机制? 哺乳动物的精子在实现正常的受精之前必须经历顶体反应 典型的顶体反应包含了细胞质和外顶体膜之间的多重融合, 通过膜孔使得顶体内含物逸出或暴露 这

种释放作用是精子穿过透明带, 完成受精反应所必需的 进一步发现, 它也是精子与卵子融合所不可缺少的条件, 未发生顶体反应的精子几乎不能与裸卵的质膜融合 顶体物的释放与其它的胞吐反应一样, 其特点是通过质膜 Na+,Ca2+ 发生内流,H+ 外流 1 ZP3 对顶体反应的影响到目前顶体反应的分子机制虽不甚清楚, 但在小鼠中,ZP3 诱发顶体反应已得到确认 ZP3 是组成小鼠透明带的 3 种糖蛋白的其中一种 有人认为, 在 ZP3 诱发顶体反应过程中, 鸟普酸调节蛋白起着重要作用 小鼠和仓鼠的顶体中已证实鸟普酸蛋白亚基的存在 另有报道, 在人的精子中有类似发现, 认为在人的透明带诱导的顶体反应中有类鸟普酸蛋白的参与 Leyton 发现, 抗 ZP3 的抗体交联与精子结合的 ZP3 糖肽能引起顶体反应, 并提出假说, 顶体反应是由精子质膜中 ZP3 受体的积聚而被激活, 并由此引起顶体反应的信号链 这个结论解释了链霉蛋白酶消化的 ZP3 糖多肽能与精子结合, 却不能与质膜成分交联而引起顶体反应的现象 在小鼠和仓鼠的透明带上有 3 种糖蛋白 :ZP1 ZP2 ZP3, 其中 ZP3 能抑制精子与透明带结合, 并具有诱发顶体反应的作用, 而 ZP2 能维持精子与卵细胞的顶体反应 2 肝素对顶体反应的影响肝素作为糖胺聚糖的一种, 也能促进顶体反应, 诱导作用最强, 透明质酸次之 肝素能以受体方式与精子结合, 其结合是特异的 可逆的 可饱和的, 并依赖于 ph 值 温度及钙离子浓度 糖胺聚糖不是直接诱导顶体反应,Lee 等发现高浓度糖胺聚糖反而阻碍顶体反应发生, 低浓度糖胺聚糖与精液作用后能促进顶体反应 有研究发现, 葡萄糖的酵解会使精子细胞内外酸化, 而肝素可诱发碱化作用, 以克服不利于精子获能和顶体反应的酸化环境 许多与获能有关的因素也对哺乳动物精子的顶体反应起一定的促进作用, 如 Ca2+,cAMP 的含量等都可加快精子的获能和完成顶体反应的速度, 这里就不再赘述 只是 Ca2+ 对人类射出精子有制动作用, 而对一些哺乳动物如牛 鼠附肇中的精子,Ca2+ 的作用是激活其活动 3 脂质调控脂质在精子顶体反应调控机制中起重要作用, 由它调控膜的流动性和 钙泵 的

活性 牛和豚鼠精子在获能后, 顶体的外膜和精子的质膜上的溶血卵磷脂含量下降, 而卵磷脂的含量升高 卵磷脂是有溶血卵磷脂酸形成的, 并依赖于 Ca2+ 和磷脂酶 A2 作用产生溶血化合物, 导致脂膜溶解, 并发生胞吞作用 4 磷酸肌醇调控多磷酸肌醇的产物是诱发顶体反应的第二信使 多磷酸肌醇在磷脂酶 C(PLC) 的作用下, 产生 4,5- 磷脂酰二磷酸 (PIP2) PIP2 被 PLC 水解, 产生二酰甘油 (DAG) 和 1,4,5- 三磷酸肌醇 (IP3), 在 IP3 作用下, 细胞内非线粒体储存的 Ca2+ 释放, 使细胞内 Ca2+ 的水平提高, 从而激活一些顶体反应所需的关键酶 ; 作为第二信使 DAG, 他活化 PKC, 后者使蛋白磷酸化, 诱导顶体反应 5 离子调控在离子调控中 Ca2+ 起主导作用,Ca2+ 内流是早期顶体反应的关键,Ca2+ 的内流主要依赖于 Na+/Ca2+ 交换的反导装置, 除 Ca2+ 的调控以外,K+ Mg2+ Cl- H+ 也对顶体反应起调控作用, 如 Ca2+ 内流可导致 H+ 外流, 使精子内部 ph 升高, 诱发顶体反应 3 哺乳动物配子质膜间的相互作用? 配子间特异性膜融合暗示有特殊的分子参与膜融合与膜间识别的调控, 以病毒模型为基础, 推测精子质膜和卵膜上均可能有一些具黏附作用 (adhesion) 的分子参与的多步融合过程, 如海胆精子质膜上的 Bindin 鲍鱼精子质膜上的 Lysin 哺乳类精子质膜上的 Fertilin 和 Cyritestin 卵质膜上的 Integrin 1 Fertilin Fertilin 原称 PH-30, 为可能参与精卵膜间相互作用最有特征性的候选分子 Fertilin 为整连蛋白样蛋白, 是一种异源二聚体蛋白, 并可形成高度有序的寡聚体, 由两个亚单位组成,ɑ-Fertilin 和 β-fertilin β-fertilin 的整联蛋白配体区在精卵结合方面发挥作用, 而 ɑ-fertilin 则可能有多个功能区参与精卵间相互作用 2 Cyritestin Cyritestin 位于顶体反应或具穿透能力的精子顶体内膜或完整顶体的精子赤道段 Cyritestin 的整联蛋白配体区参与精卵之间的反应 用对应于 Cyritestin 整联蛋白区的合成肽片段, 可以有效抑制精卵之间反应和减少受精事件的发生 ;

用针对 Cyritestin 整联蛋白配体区的抗体处理精子可以减少精卵结合和融合 3 卵子质膜上 Fertilin 的受体 Integrins 4 参与精卵间相互作用的其他分子 (1)DE 精子结合糖蛋白, 由附睾上皮细胞以依赖雄激素的方式合成并分泌于精子头部的表面 DE 位于大鼠精子头部的背侧, 在精子成熟的过程中,DE 转移至赤道段, 赋予精子与卵结合的能力 (2) 细胞外基质蛋白人精子上存在几种细胞外基质蛋白, 如纤连蛋白 层粘连蛋白和玻连蛋白 玻连蛋白位于具完整顶体的精子顶体部, 在顶体反应后释放 层黏蛋白位于精子尾部或顶体膜 低浓度的玻连蛋白可以增加精卵结合, 而高浓度则减少精卵结合 (3) 补体成分及它们的受体精子入卵似乎涉及多种与巨噬细胞吞噬作用有关的分子