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打到关底才发现“没带头”,这种精子要不要?
  发布日期:2017-10-26  |  来源:干细胞与生殖生物学国家重点实验室  |      

  精子们是一群游泳健将,他们都希望能在“游泳锦标赛”中拔得头筹,这样就可以与卵子结合,繁育后代。但是,有这样一些精子,他们即使获得了冠军,却领取不了繁育后代的“奖品”。这是因为他们生病了,他们虽然长了脑袋,但是却没有大脑——细胞核,因而叫做“无头精子”。

   

  绘本《小威向前冲》截图

  这是怎么回事?我们先从精子和卵子结合的要求说起吧。我们熟悉的精子就像小蝌蚪,椭圆的头部(不同物种形状各异)拖着一条长长的尾巴。精子头是精子的核心部件,内部含有DNA,其上方覆盖有顶体,负责精子与卵子的融合。精子头部或顶体的畸形都会导致精卵不能识别,出现雄性不育,即畸形精子症。无头精子症是最严重的一类畸形精子症,因其内部不含DNA,完全丧失了使卵子受精的可能。也就是说,这些“无头精子”的头部缺失了DNA信息,而DNA是父亲遗传信息传递给孩子的载体,也是完成受精过程的必要条件,所以这些精子也就领取不了繁育后代的“奖品”了。

  从光学显微镜下观察,“无头精子症”很容易和另一种畸形——“精子症-圆头精子症”混淆,二者都有类似头部的结构,但是,“无头精子”没有顶体,也不含DNA。如果一定要把无头精子顶端的一团物质也叫精子头的话,那无头精子被称为“无脑精子”也许更合适,因为他们缺乏了头部的核心内容物——DNA。最能将无头精子与其他畸形精子区分开的是透射电子显微镜的观察,凡是有核的精子,其头部DNA都成电子致密性,在电子显微镜下呈现均匀的黑色。而无头精子内部只有杂乱的细胞器如线粒体等,没有DNA物质。

  无头精子早在1981年即被确认,困扰了不少家庭。然而30多年里,人们对其致病机理所知甚少,在诊疗上也常被误认为圆头精子,不能通过常规的辅助生殖手段圆这类患者的生宝宝梦想。

  最近,中科院动物所李卫研究组与安徽医科大学曹云霞教授团队合作,成功解析了人无头精子症的致病机制。科学家证实,一种名为“SUN5”的蛋白在这个过程中起了至关重要的作用。SUN5蛋白定位在精子头尾连接的部位,负责将精子头和尾整合到一起,SUN5的突变或缺失会直接导致无头精子症的产生。

  动物所李卫研究组研究了SUN5基因敲除后的小鼠。他们发现该小鼠的精子头部呈圆形,而且不育。进一步研究发现,这些精子其实不含DNA,属于典型的无头精子。在精子中负责头尾连接的是一个专门装置,称为“头尾连接装置”(Head to tailcoupling apparatus, HTCA)。HTCA上连精子头,下接精子尾。研究发现,SUN5缺失的精子HTCA可以正常组装,却不能锚定到精子头,于是HTCA和精子尾一起从精子头脱离,产生了无头的精子。而且,证据表明SUN5就定位在精子头和尾相连的部位,负责二者的连接。

  SUN5的缺失导致小鼠产生无头精子

  同时,安徽医科大学曹云霞教授团队利用外显子测序技术,在大量无头精子症患者中发现了SUN5基因的10个突变。这说明,从临床和实验两个方面的证据都证明SUN5是负责精子头尾连接的关键原件,它的缺失或突变都能导致无头精子的产生。无头的精子是不能使卵子受精的,但是在无头精子症患者的精液中还含有极少量的头尾连接、但严重弯折的精子以及脱落的精子头,该团队利用这些极少量的精子头成功使卵子受精,让患者拥有了自己的宝宝。

SUN5的缺失导致小鼠精子头尾分离模式图 

  该研究从临床问题出发,通过基础研究手段进行了系统解答,并最终返回到临床上解决了部分男性患者的不育难题。该研究并得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。(供稿/李卫)


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