实验室最新结果揭示了支持细胞乳酸代谢对精子变形和生育力的重要调控作用及途径
2022-12-27
持续稳定的精子发生需要不间断的能量供应。之前的研究揭示，生精细胞位于曲精细管的特殊环境内，其能量供应依赖于支持细胞，尤其是支持细胞提供的乳酸。但目前，支持细胞通过分泌乳酸调控精子发生这个结论，依然没有遗传学证据支持。本研究采用条件性敲除小鼠模型，在支持细胞特异敲除编码乳酸脱氢酶A亚基的基因(lactate dehydrogenase A，Ldha) , 研究支持细胞源乳酸降低对生精细胞各个阶段发育的影响。结果表明，条件性敲除小鼠的支持细胞乳酸显著下降了90%，小鼠睾丸重量和生育能力显著下降。精原细胞和精母细胞没有受到Ldha敲除的影响，但精子变形出现明显障碍，生精上皮呈现出紊乱状态，七八期的数目显著减少。精子质量和形态学检测发现，敲除小鼠精子的运动能力和精子质量也呈现出大幅度的下降，精子的质膜和线粒体膜出现肿胀和破碎现象。体外受精实验表明，支持细胞Ldha敲除小鼠精子结合卵子透明带的能力、支持胚胎发育的能力显著受损。对精子进行代谢组学检测发现，敲除小鼠的精子中有47个上调代谢物，433个下调代谢物，其中，脂质类的代谢通路显著上调，但是糖酵解代谢途径显著下降。进一步的分析发现，支持细胞源乳酸的降低，导致精子中胆碱和含胆碱代谢物含量降低。饲喂试验表明，胆碱能部分恢复敲除小鼠的生育能力。综上所述，支持细胞乳酸脱氢酶的缺失对精子变形造成的损伤，而该损失主要是通过影响精子中胆碱的代谢产生的。乳酸如何调控胆碱代谢，需要进一步研究。
相关研究结果以“Ldha-Dependent Metabolic Programs in Sertoli Cells Regulate Spermiogenesis in Mouse Testis”为题，于2022年12月9日在Biology杂志在线发表。中国科学院西北高原生物研究所博士研究生张晓娜为文章第一作者，杨其恩研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(31571539和31771656)、青海省自然科学基金( 2020-ZJ-902)项目的资助与支持。
在支持细胞特异敲除Ldha基因，导致精子变形异常。精子质膜严重受损，受精能力显著降低。（Zhang et al., Biology, 2022)
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