导致阿尔兹海默症的“元凶”能够降低精子活力

精子细胞游动图  图片来源：Raycat/iStockphoto

作者  Giorgia Guglielmi

翻译  张畅

审校  刘思婕 魏潇

精液和阿尔兹海默症患者的大脑的相似之处在于：它们都含有一种名为淀粉样纤维的蛋白质微丝。尽管淀粉样沉积会对脑细胞造成损伤，这些蛋白微丝却可能在生殖过程起着至关重要的作用。一项新的研究表明，精液中的蛋白微丝可使状态低于平均水平的精子动弹不得，从而保证只有最好的精子得以到达卵细胞。

“我敢说从第一次观察到精液中的蛋白微丝开始，科学家们就在猜测这些东西的真实功能到底是什么。”来自丹麦奥胡斯大学的蛋白质聚合专家丹尼尔 · 奥森（Daniel Otzen）（并未参与此项研究）说，“这项研究对此提供了确凿的证据。”

2007 年，研究人员们发现了精液中的蛋白微丝——起初它看起来不像什么好消息。科学家们表示，这些和精细胞及其他成分一起存在于精液中的蛋白微丝可与 HIV 病毒结合，并帮助其进入细胞内。在大多数灵长动物中都可以发现它们。加州大学旧金山分校的黏膜生物学家娜迪亚·罗安（Nadia Roan）认为：“如果这种纤维状蛋白没有任何益处，它们早该在进化中被淘汰了。”鉴于 HIV 病毒与细胞融合的方式能够让人联想到精子与卵细胞的结合，罗安想知道精液的蛋白微丝对受精是否也有促进作用。

在新的研究中，罗安团队合成了淀粉样蛋白微丝，通过在培养皿中进行体外实验来验证它们是否可以促进精卵结合。很快，他们便大失所望——当淀粉样蛋白微丝存在时，精子的速度反而变慢了。“它们的尾部摆动得没那么快了。”罗安说道。显微镜下的观察进一步显示出，这些蛋白微丝能与精细胞结合，并阻碍它们的游动。

所以研究者们有了一个新的想法：这些蛋白微丝或许可以帮助女性剔除劣质的精子。罗安表示，性交后女性的免疫细胞会对生殖道进行清洗，以清除潜在的有害微生物。为观察精液蛋白微丝是否会促进这一过程，研究人员分别在有合成微丝和没有合成微丝存在的环境下培养精子，然后检测被免疫细胞吞噬的精子数量。该团队在 eLife 上的报道称，对健康的精子来说，有蛋白微丝存在时被吞噬的数量是没有时的 5 倍；而对于被超低温破坏过的精子这个数字则为 1.5 倍。

因此罗安认为，活体动物体内的精液蛋白微丝至少有两点益处：其一，清除在雌性生殖道中停留过久的精子，从而避免触发会杀死所有精子的不必要免疫反应；其二，去除受损的精子，给健康精子创造更好的机会来接近卵细胞。

 “把精液蛋白微丝视作一种帮助确保“只有最好、最活跃”的精子才能到达卵子的策略，这就说得通了。“奥森说，“从进化角度来看，没有什么比拥有一个强大的后代更重要的了。”

然而他承认，为了充分了解这些蛋白微丝是如何困住精子的，人们还需要进行更多的研究。此外，培养皿中的实验结果是否适用于体内也有待证实。不过奥森仍然认为，精液蛋白微丝新颖的质检功能揭示了一点：“大自然比我们想象的更复杂，也更怪诞。”

原文链接：

http://www.sciencemag.org/news/2017/07/protein-tangles-behind-alzheimer-s-disease-may-be-critical-human-reproduction

 

论文基本信息

【标题】 Semen amyloids participate in spermatozoa selection and clearance

【作者】 Nadia R Roan, Nathallie Sandi-Monroy, Nargis Kohgadai, Shariq M Usmani, Katherine G Hamil, Jason Neidleman, Mauricio Montano, Ludger Ständker, Annika Röcker, Marielle Cavrois, Jared Rosen, Kara Marson, James F Smith, Christopher D Pilcher, Friedrich Gagsteiger, Olena Sakk, Michael O’Rand, Polina V Lishko, Frank Kirchhoff, Jan Münch, Warner C Greene

【期刊】 eLife

【日期】 2017.7.27

【DOI】  10.7554/eLife.24888

【摘要】 Unlike other human biological fluids, semen contains multiple types of amyloid fibrils in the absence of disease. These fibrils enhance HIV infection by promoting viral fusion to cellular targets, but their natural function remained unknown. The similarities shared between HIV fusion to host cell and sperm fusion to oocyte led us to examine whether these fibrils promote fertilization. Surprisingly, the fibrils inhibited fertilization by immobilizing sperm. Interestingly, however, this immobilization facilitated uptake and clearance of sperm by macrophages, which are known to infiltrate the female reproductive tract (FRT) following semen exposure. In the presence of semen fibrils, damaged and apoptotic sperm were more rapidly phagocytosed than healthy ones, suggesting that deposition of semen fibrils in the lower FRT facilitates clearance of poor-quality sperm. Our findings suggest that amyloid fibrils in semen may play a role in reproduction by participating in sperm selection and facilitating the rapid removal of sperm antigens.

【链接】 https://lens.elifesciences.org/24888/