上海
每8对育龄夫妇就有1对存在生殖障碍，精子功能异常则是导致生殖障碍的重要原因。受精过程中精子膜电位超极化程度是衡量精子功能的重要指标，而精子膜电位主要受精子特异性钾离子通道KSper调控，KSper激活后钾离子外流将导致膜电位超极化。小鼠敲除实验表明，KSper电流缺失将特异性导致雄性小鼠不育。临床研究也显示，构成人KSper的蛋白亚基突变可导致男性不育。虽然众多证据表明人精子KSper是决定精子功能的关键分子，然而有关其受胞内pH与钙离子调控的认识主要在异体表达系统等非生理条件下获得，生理条件下pH与钙离子对人KSper的调控作用有待阐明。
近日，南通大学生殖医学研究院曾旭辉课题组在Journal of Biological Chemistry杂志上发表了题为Human spermKSperis physiologically activated by intracellular pH alkalization and CatSper-mediated Ca2+signaling的研究论文。该研究不仅揭示了生理条件下pH与钙信号对激活人KSper的贡献，还意外发现人KSper存在高亲和力与低亲和力两个钙结合位点。
研究人员首先通过模拟雌性生殖内pH的变化详细评估了pH对人精子KSper的激活效应。通过定量膜电位荧光检测和电流钳两种方法相互印证，发现当胞外pH由6.0碱化至8.0时，人精子膜电位产生了约20 mV的超极化，此值代表了生理环境胞外pH增加对人KSper的激活作用。
鉴于受精过程中孕酮是激活精子特异性钙离子通道CatSper、增加精子胞内钙离子浓度的主要生理激素，研究人员进一步考察了孕酮所致钙信号对人精子膜电位的调控作用。通过利用KSper特异性抑制剂以及CatSper缺失的人精子样本，发现孕酮能使人精子膜电位发生10至15 mV的超极化，代表了生理刺激下CatSper介导的胞内钙信号对人精子KSper的调节作用。
有意思的是，当电极内液不含钙离子螯合剂时（此时胞内游离钙离子浓度可能在0.5-1 μM），施加孕酮后检测不到膜电位的变化；相反，当电极内液含钙离子螯合剂时（此时胞内游离钙离子浓度接近于0），孕酮仍可导致约10 mV超极化。这一差异提示KSper存在一个高亲和力的钙激活位点，因微摩尔级别的游离钙使该位点饱和、从而使孕酮所致钙增加不再激活KSper。进一步实验证实，100 nM的胞内钙离子可显著激活人KSper、导致人精子膜超极化。结合100 μM钙离子可激活人KSper的报道，此结果表明人KSper 存在高与低亲和力两个钙激活位点。
综上所述，本研究明确了生理条件下pH与钙离子对人KSper这一人精子功能重要调控分子的激活作用，表明雌性生殖道的碱化环境与受精过程中生理激素激活CatSper所致精子钙信号均可激活人KSper，且pH的贡献较大。本研究为深入理解人精子KSper激活的生物物理机制、阐明人精子功能的生理调控机制、研发男性不育诊断与干预手段提供了新视角。南通大学康杭博士、南昌大学原博士研究生王华锋为该文共同第一作者，南通大学曾旭辉教授与张小宁副教授为该文共同通讯作者。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021925825026043
制版人：十一
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