为了赢，精子能给同伴“下毒”

来源：科研圈

精子之间的竞争相当激烈——只有最先抵达的精子才能与卵子融合，完成受精。近日，一组德国研究者发现了一种能影响精子快速游动的 RAC1 蛋白。当这种活性蛋白水平达到最佳值时能够提高单个精子的竞争力。此外，有些精子可能会通过给其他精子“下毒”来达到它们的“最终目的”。

翻译 | 李姗珊

编辑 | 魏潇

精子游向卵子的过程是名副其实的生命竞赛。决定竞赛赢家的难道纯粹是运气么？一项新研究显示，不同精子之间的竞争能力也有差别。在小鼠中，一种天生的“自私” DNA 片段打破了传统的基因遗传规律。携带这种基因片段的精子成功几率高达 99%。

来自德国马克斯·普朗克分子遗传学研究所（Max Planck Institute for Molecular Genetics，MPIMG）的研究团队描述了这种名为“t-单倍型”（t-haplotype）的基因片段是如何提高受精成功率的。

研究团队的实验首次发现，携带t-单倍型片段的精子渐进性（progressive）更强，即直线前进的速度相较普通精子要更快，因此这些特殊精子在卵子受精过程中更具优势。研究者对单个精子的分析显示，移动过程中前进慢的精子一般具有普通的遗传信息，而前进程度更快的精子一般携带t-单倍型片段。

最重要的是，研究者将这种精子移动上的差别与 RAC1 蛋白联系了起来。这种分子通过激活其他蛋白，将信号从细胞外传输至胞内。此前研究显示，RAC1可能参与将白细胞或癌细胞引导至散发化学信号细胞的过程。这项新研究显示，RAC1 可能还负责将精子细胞导航至卵子，让精子“嗅到”它们的目标。

“单个精子的竞争力取决于 RAC1 的活性水平；RAC1 活性过高或过低都可能干扰精子前进，”本研究第一作者、MPIMG学者 Alexandra Amaral 表示。

跑赢对手

研究者发现，如果小鼠的 17 号染色体中只有含有单个t-haplotype （杂合子），那么它产生的精子中只有部分具备直线移动能力，而另一些则表现较差。他们检测了单个精子，发现基因“普通”的精子大多无法直线前进。但在向精子群施加 RAC1 抑制物后，基因“普通”的精子也具备了前进性，并且t-haplotype 精子的优势消失了。这表明RAC1 活性异常可能干扰精子的渐进运动能力。

该结果解释了为什么 17 号染色体上携带一对t-haplotype 的雄性小鼠（纯合子）表现出不育。这些小鼠产生的所有精子都携带t-haplotype，其中 RAC1 活性水平显著高于基因正常的小鼠产生的精子，且基本无法游动。

此外，对于 17 号染色体上均不携带t-haplotype 的正常小鼠来说，给它们的精子施加 RAC1 抑制剂后，精子的渐进运动也被干扰了。因此，RAC1 活性过低也对雄性小鼠不利。研究者猜测，部分男性不育可能与上述 RAC1 的活性异常有关。

给竞争对手“下毒”

“携带t-单倍型的精子还可能会干扰其他不具备该片段的精子，” MPIMG发育遗传学部门主任、柏林夏里特医学院遗传医学部主任 Bernhard Herrmann 说道。“这里的精妙之处在于，它给所有精子‘下毒’，同时为自己生产解毒剂。”他解释道。“我们可以把这种情况想象一场马拉松。参加比赛的所有选手都喝下了毒药，只有少数几位选手同时还喝了解药。”

就如他与同事们发现的那样，t-单倍型片段中的部分变异可能会在精子发生的早期就产生干扰分子，扰乱正常精子运动。只要携带t-单倍型，小鼠产生的所有精子都携带这种干扰分子，也就是被“下毒”。

而“解毒药”直到精子成熟期才会起效。这个过程中减数分裂让每个精子只含有一半的染色体。拥有t-单倍型的那一半精子才能够逆转干扰分子造成的负面影响。

“我们的研究显示，精子是毫不留情的竞争者，” Herrmann 表示。此外，t-单倍型的例子显示，一些基因可能通过“肮脏手段”保证自己得到延续的机会。“遗传差异让部分精子在生命竞赛中获得优势，这保证了一些特定基因变异能够传递给下一代，”研究者表示。