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“优胜劣汰”精子?阿尔兹海默症致病蛋白又一“正派”职责

2017/07/13 来源:生物探索
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导读
淀粉样蛋白负责“优胜劣汰”精子?这是近期发表在《Elife》期刊上的一篇研究。科学家们发现,与精子共存于精液中的淀粉样蛋白纤维,负责清除不良、缺陷的精子,以确保“最好、最有希望”的精子与卵细胞融合,繁衍下一代。


“进击”中的精子细胞(图片来源:Raycat/iStockphoto)

提及淀粉样蛋白最容易联想到的是阿尔兹海默症(AD),一种多发于中老年群体的神经衰退性疾病。作为危害老年人健康和生命的主要原因,阿尔兹海默症迄今为止依然没有有效的预防和治疗方法。多年的研究表明,β-淀粉样蛋白会过度表达、聚集形成蛋白纤维而沉积在大脑中。这些蛋白纤维是AD的核心致病物质,也是AD防治最为重要的靶点。

但是,淀粉样蛋白一定是“坏”的吗?近期,《Elife》期刊发表一篇题为“Semen amyloids participate in spermatozoa selection and clearance”的文章,将淀粉样蛋白与“生殖”这一大命题关联起来

来自于美国加州大学旧金山分校、北卡罗来纳大学、德国乌尔姆大学医学中心、哈佛医学院等学府的研究团队在精液中发现了淀粉样蛋白聚集而成的纤维,证实纤维负责“封锁”不良精子,以确保状态良好的精子“游向”卵细胞。

这是在精液中发现淀粉样蛋白以来展示其功能的第一个确凿证据。

2007年首次在精液中发现淀粉样蛋白

精液中存在淀粉样蛋白的事实首次发现于2007年。当时科学家们认为这是一个坏消息,因为这一纤维能够与艾滋病病毒(HIV)结合,帮助病毒进入宿主细胞

但是,这类蛋白纤维存在于大多数灵长类动物中。加州大学旧金山分校的生物学家Nadia Roan对此提出不同的看法:“如果纤维没有益处,那么它们应该在漫长的进化过程中被淘汰。”

她将HIV进入宿主细胞与精子进入卵细胞联系起来,由此而产生好奇:淀粉样蛋白是否促进受精?

淀粉样蛋白行使“监管”职责,“优胜劣汰”精子

在最新的研究中,Nadia Roan和团队体外合成出淀粉样蛋白纤维,并检测它们是否会促进培养皿中的精子和卵子融合。结果让他们很失望,因为蛋白纤维的存在,精子游动很慢。

“精子的尾巴摆动没有那么快。” Roan解释道,“在显微镜下,蛋白纤维会通过与精子细胞结合而‘桎梏’它们。”

基于这一结果,研究团队提出一个新理论:蛋白纤维有助于“淘汰”质量不佳的精子

Make love之后,女性体内的免疫细胞会进入生殖系统负责对抗有害物质。研究人员为检测淀粉样蛋白功能,将实验室培育的精子分成两组(一组含有蛋白纤维,一组没有),计算有多少精子会被免疫细胞消灭。

结果显示:相比于没有蛋白纤维的对照组,有蛋白的精子细胞最终被免疫细胞吞噬的数量多出5倍。此外,淀粉样蛋白会促进受损精子的清除。而且得益于蛋白纤维的存在,免疫细胞吞噬的缺陷精子数量多出1.5倍。

研究人员总结道,精液中的淀粉样蛋白纤维至少拥有两个功能:

第一、 清除在女性生殖通道中“逗留”太久的精子,这些精细胞可能会引发不必要的免疫反应,从而威胁其他正常精细胞的安全。

第二、 清除有缺陷的精细胞,让健康的精子更有机会进入卵细胞。

简而言之,蛋白纤维的作用是确保“最好、最有希望”的精子与卵细胞融合。从进化角度来看,这对于繁殖意义重大。

“正反派”思考

很显然,这一推测依然需要更多的研究来确定淀粉样蛋白“固定”精子的细节。这些研究成果目前是基于实验室完成的,它的功能依然需要动物试验进一步证实。

早在去年5月,《Science Translational Medicine》期刊就曾发表过一篇文章,为β-淀粉样蛋白“正名”,推测其并不一定都是在干坏事。来自于麻省总医院的研究团队发现,损坏神经元的β-淀粉样蛋白可能还携带着一个古老进化“使命”——保护大脑免于病原体的侵袭。它能够消灭多数微生物,且对于特定的卫生,抗菌效果优于青霉素100倍!(详细

现在,精液中蛋白纤维对精子的“质量监控”,再一次彰显了自然界的复杂和神奇。或许,我们不能“一刀切”。这对于阿尔兹海默症的治疗也是一种启示。

参考资料:

Protein tangles behind Alzheimer’s disease may be critical for human reproduction

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