導致阿爾茲海默症的「元兇」能夠降低精子活力

精子細胞遊動圖 圖片來源：Raycat/iStockphoto

作者 Giorgia Guglielmi

翻譯 張暢

審校 劉思婕 魏瀟

精液和阿爾茲海默症患者的大腦的相似之處在於：它們都含有一種名為澱粉樣纖維的蛋白質微絲。儘管澱粉樣沉積會對腦細胞造成損傷，這些蛋白微絲卻可能在生殖過程起著至關重要的作用。一項新的研究表明，精液中的蛋白微絲可使狀態低於平均水平的精子動彈不得，從而保證只有最好的精子得以到達卵細胞。

「我敢說從第一次觀察到精液中的蛋白微絲開始，科學家們就在猜測這些東西的真實功能到底是什麼。」來自丹麥奧胡斯大學的蛋白質聚合專家丹尼爾 · 奧森（Daniel Otzen）（並未參與此項研究）說，「這項研究對此提供了確鑿的證據。」

2007 年，研究人員們發現了精液中的蛋白微絲——起初它看起來不像什麼好消息。科學家們表示，這些和精細胞及其他成分一起存在於精液中的蛋白微絲可與 HIV 病毒結合，並幫助其進入細胞內。在大多數靈長動物中都可以發現它們。加州大學舊金山分校的黏膜生物學家娜迪亞·羅安（Nadia Roan）認為：「如果這種纖維狀蛋白沒有任何益處，它們早該在進化中被淘汰了。」鑒於 HIV 病毒與細胞融合的方式能夠讓人聯想到精子與卵細胞的結合，羅安想知道精液的蛋白微絲對受精是否也有促進作用。

在新的研究中，羅安團隊合成了澱粉樣蛋白微絲，通過在培養皿中進行體外實驗來驗證它們是否可以促進精卵結合。很快，他們便大失所望——當澱粉樣蛋白微絲存在時，精子的速度反而變慢了。「它們的尾部擺動得沒那麼快了。」羅安說道。顯微鏡下的觀察進一步顯示出，這些蛋白微絲能與精細胞結合，並阻礙它們的遊動。

所以研究者們有了一個新的想法：這些蛋白微絲或許可以幫助女性剔除劣質的精子。羅安表示，性交後女性的免疫細胞會對生殖道進行清洗，以清除潛在的有害微生物。為觀察精液蛋白微絲是否會促進這一過程，研究人員分別在有合成微絲和沒有合成微絲存在的環境下培養精子，然後檢測被免疫細胞吞噬的精子數量。該團隊在eLife上的報道稱，對健康的精子來說，有蛋白微絲存在時被吞噬的數量是沒有時的 5 倍；而對於被超低溫破壞過的精子這個數字則為 1.5 倍。

因此羅安認為，活體動物體內的精液蛋白微絲至少有兩點益處：其一，清除在雌性生殖道中停留過久的精子，從而避免觸發會殺死所有精子的不必要免疫反應；其二，去除受損的精子，給健康精子創造更好的機會來接近卵細胞。

「把精液蛋白微絲視作一種幫助確保「只有最好、最活躍」的精子才能到達卵子的策略，這就說得通了。「奧森說，「從進化角度來看，沒有什麼比擁有一個強大的後代更重要的了。」

然而他承認，為了充分了解這些蛋白微絲是如何困住精子的，人們還需要進行更多的研究。此外，培養皿中的實驗結果是否適用於體內也有待證實。不過奧森仍然認為，精液蛋白微絲新穎的質檢功能揭示了一點：「大自然比我們想像的更複雜，也更怪誕。」

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

論文基本信息

【標題】 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 St?ndker, Annika R?cker, 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.

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

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