长期以来,人们一直认为,无精、少精、弱精是男性不育的主要原因。浙江省医学科学院、浙江大学医学院和香港中文大学的科研人员为男性不育提供了新的解释:他们首次在世界上发现,男性精子中存在着一个为精子补充能量的氯离子通道,一旦这一通道受到损伤发生堵塞,精子将无法获得足够能量,男性就将失去生育能力。
最新出版的国际权威学术期刊《美国科学院院刊》刊登了我国科学家的这一最新发现。负责这项研究的浙江省医学科学院石其贤研究员解释说,受精包括一系列严格有序的过程,在受精过程中,精子只有在受到一种名叫碳酸氢根的物质的“刺激”后,才能获得足够的能量,从而使卵子受精。氯离子通道,正是专门负责运输碳酸氢根的一种通道。
然而,一旦氯离子通道发生基因突变,就会导致通道损伤甚至堵塞,从而无法将碳酸氢根运入精子内,精子也无法获得足够能量完成受精过程,由此导致男性不育。
不孕不育已经成为了一个世界性难题。据世界卫生组织估计,目前世界上大约有8000多万对不育夫妇,其中男女因素大约各占一半。除了精子数量和质量下降等原因之外,还有许多不明原因导致男性不育。为此,浙江省医学科学院石其贤研究员带领的研究组,与香港中文大学陈小章教授合作,在国家重点基础研究计划(973计划)项目的支持下,通过3年多的潜心攻关,终于在精子细胞中发现了与男性不育相关的氯离子通道。
专家表示,这一发现不仅为男性不育的诊断和治疗带来福音,而且也为开发男性避孕药物提供了新的思路。如果能研究出氯离子通道的抑制剂,堵塞氯离子通道,则能实现男性避孕。
浙江省医学科学院、香港中文大学和浙大医学院,在全球首次证实的这个“通道”,叫“囊性纤维化跨膜传导调节因子(CFTR)”,而且就在精子的头部。
经过3年研究,发现这个通道的具体作用——运输氯离子和碳酸氢根离子,以便让精子尽快“获能”。
刚排出体外的精子并不能马上与卵子结合,需在女性生殖道内转运过程中,才能获得穿透卵子透明带的能力,这叫“精子获能”。
“精子获能”少不了氯离子和碳酸氢根离子的作用,如果运输这两种离子的通道(CFTR)堵塞,将会引起男性不育。
“只有当基因发生突变时,精子头部的这个通道(CFTR)才会堵塞,进而引发不育,这也为一些不明原因的男性不育提供了新的解释。”这项课题的主要负责人省医学科学院药物研究所生殖生理学研究员石其贤说。
发现精子头部有这么重要的氯通道(CFTR),还有一个现实意义,那就是研发男性避孕药。
石其贤说,世界上目前还没有正式使用的男性避孕药,科学家现在可凭这项发现,开发出一种药物,能在精子的这条“通道”上设卡,让氯离子和碳酸氢根离子过不去,进而使精子无法获能,来实现男性避孕。目前,省医科院等单位也正在往这个研究方向努力。(生物谷援引浙江日报)〕
原始出处:
Published online before print May 22, 2007, 10.1073/pnas.0609253104
PNAS | June 5, 2007 | vol. 104 | no. 23 | 9816-9821
BIOLOGICAL SCIENCES / MEDICAL SCIENCES
Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator is vital to sperm fertilizing capacity and male fertility
Wen Ming Xu*, Qi Xian Shi, Wen Ying Chen*,, Chen Xi Zhou*, Ya Ni, Dewi Kenneth Rowlands*, Guo Yi Liu, Hu Zhu*, Ze Gang Ma*, Xiao Fei Wang, Zhang Hui Chen, Si Chang Zhou, Hong Shan Dong*,, Xiao Hu Zhang*, Yiu Wa Chung*, Yu Ying Yuan, Wan Xi Yang, and Hsiao Chang Chan*,,¶
*Epithelial Cell Biology Research Center, Li Ka Shing Institute of Health Sciences, Department of Physiology, Faculty of Medicine, Chinese University of Hong Kong, Shatin, NT, Hong Kong, China; Zhejiang Academy of Medical Sciences, Hangzhou 310013, China; Zhejiang University School of Medicine, College of Life Sciences, Hangzhou 310058, China; and Department of Physiology, Harbin Medical University, Harbin 150086, China
Edited by Ryuzo Yanagimachi, University of Hawaii, Honolulu, HI, and approved April 16, 2007 (received for review October 23, 2006)
Abstract
Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) is an anion channel, mutations of which cause cystic fibrosis, a disease characterized by defective Cl– and HCO3– transport. Although >95% of all CF male patients are infertile because of congenital bilateral absence of the vas deferens (CBAVD), the question whether CFTR mutations are involved in other forms of male infertility is under intense debates. Here we report that CFTR is detected in both human and mouse sperm. CFTR inhibitor or antibody significantly reduces the sperm capacitation, and the associated HCO3–-dependent events, including increases in intracellular pH, cAMP production and membrane hyperpolarization. The fertilizing capacity of the sperm obtained from heterozygous CFTR mutant mice is also significantly lower compared with that of the wild-type. These results suggest that CFTR in sperm may be involved in the transport of HCO3– important for sperm capacitation and that CFTR mutations with impaired CFTR function may lead to reduced sperm fertilizing capacity and male infertility other than CBAVD.
bicarbonate | CFTR | sperm capacitation
¶To whom correspondence should be addressed. E-mail: hsiaocchan@cuhk.edu.hk