精子如何保护细胞膜免受氧化

来自莱布尼茨动物园和野生动物研究所(莱布尼茨- izw)和莱比锡大学的一个科学团队对精子的脂质谱进行了比较分析，以了解不同物种的精子对破坏性氧化的敏感性以及抗氧化潜力。研究小组发现，精子和精液的脂质组成有很大的差异，家畜、家畜猪和家畜马等更接近的物种的脂质组成有相似之处。这与不同物种红细胞和血浆的脂质组成相对一致形成对比。这一结果有助于我们进一步了解氧化应激对生殖过程的影响，并改进今后的辅助生殖措施。研究结果发表在科学杂志《公共科学图书馆·综合》上。

在进入卵母细胞的过程中，精子会受到氧化应激的影响，氧化应激会引发细胞膜脂质的氧化，从而破坏细胞的结构或功能。利用生殖系统和营养类型不同的动物(家畜牛、家畜猪、家畜马、非洲狮、人类)的精子和血液，一个生殖生物学和脂质生物化学专家小组分析了精子和红细胞对氧化的敏感性以及脂质氧化有害产物的积累。此外，研究小组还研究了精液的保护能力。

“如果脂质特性取决于细胞功能，我们预计精子和红细胞之间的脂质谱会有所不同。如果是营养决定了细胞膜中主要的脂质，那么一个物种的两种细胞类型的脂质谱应该相当相似。”莱布尼茨- izw的科学家Karin Müller说。“这一结果对于估计尚未研究过的物种的精子特性很重要，对于在精子保存和人工授精用于物种保存时调整预防措施也很重要，因为冷冻过程会增加配子的氧化应激。”

研究小组发现，不同物种红细胞的脂质组成相对一致。然而，精子和精液的脂质组成有很大的差异，更近缘种如家牛、家猪和家马的脂质谱有相似之处。“这些结果表明，脂肪成分不是由饮食类型决定的，而是由物种的亲缘关系和细胞膜的功能需求决定的，”莱布尼兹-伊兹瓦大学的前科学家Ulrike Jakop说。

一方面，精子的细胞膜必须具有高度的灵活性，以使配子运动，并使配子后来与卵母细胞融合。这就是为什么精子脂类含有高比例的多不饱和脂肪酸，而多不饱和脂肪酸特别容易受到氧化应激的影响。另一方面，精子的稳定性必须保持，直到它与卵母细胞融合。例如，非洲狮的精子，由雄狮储存在雌狮生殖道的下游，要经过生殖道的不同部分才能到达卵母细胞。它们的膜由氧化敏感性较低的脂类和鞘磷脂组成，主要是饱和脂肪酸。对于公牛精子来说，其膜中含有极其氧化敏感的不饱和醚类脂质(浆蛋白原)，在精液中显然已经进化出高效的保护机制。当精膜的脂质被氧化时，就形成了所谓的溶脂质。它们的积累会破坏细胞膜的完整性。

“在所有被研究物种的精子中，有害溶脂质的积累在很大程度上是通过从一开始就存在较不敏感的脂质、及时清除自由基和氧化脂质的快速降解而避免的。”有趣的是，精子中溶脂质浓度高的样本在人类中尤其被发现，尽管脂质谱显示氧化敏感性较低的脂质和保护机制非常有效地发展，据推测，生活方式因素导致了高氧化应激，这对保护机制的自然组合负担过重。”

进一步的研究将有助于了解人类和动物中氧化应激和保护因子之间的个体失衡，以及调整辅助生殖的措施。