REDOX BIOL┃CatSper通道有助于提高线粒体的钙离子浓度从而提高精子耗氧率和精子的能量代谢

精子获能是精子获得穿透卵子透明带能力的生理过程，是精子在受精前必须经历的一个重要阶段。获能的一个关键点是钙离子通过阳离子通道（CatSper）流入精子内部。然而，这种钙离子穿越过程的分子机制尚不完全清楚。之前的研究表明，获能已明确与线粒体耗氧率的增加有关；调节钙进入线粒体可提高氧化呼吸的效率。因此，假设在获能过程中通过CatSper通道向内流入钙离子会增加线粒体的钙浓度和耗氧率，从而提升精子激活和受精能力。

为了验证这一假设，亚乌德拉尔医学院生物医学研究中心(CEINBIO)发表“Increased mitochondrial activity upon CatSper channel activation is required for mouse sperm capacitation”一文中采用高分辨率呼吸测量法来测量小鼠精子线粒体耗氧率，线粒体膜电位、获能过程中的ATP/ADP以及野生型和CatSper敲除小鼠精子中的线粒体钙浓度等实验，表明，健康的野生型精子中线粒体耗氧率的增加与线粒体钙浓度的增加为正比关系，CatSper敲除小鼠的精子中这种现象不明显，这项工作有助于我们理解线粒体在精子生理学中的作用，并为生育治疗和男性避孕开辟新的具有可能性的分子靶点。

实验结果一

在非获能（NC）和获能（CAP）精子中进行高分辨率能量代谢测量（HRR）。如图显示了在精子中线粒体的实时耗氧率数据。CAP的平均呼吸控制比（RCR）（5.8平均±4.8 SD与3.5平均±1.9 SD）和耦合效率（0.56平均±0.20 SD与0.48平均值±0.18 SD）均显著高于NC精子（下表Table 1），并且备用呼吸能力没有显著差异。

实验结果二

通过分析CatSper KO小鼠精子中的HRR，发现CatSper KO小鼠精子中的呼吸值在NC和CAP条件下没有差异（下图）

线粒体在哺乳动物的精子功能、质量和受精能力中具有怎样的作用，多年来一直备受争议。线粒体对精子生物能量学的贡献情况尚不清楚，用于精子活力和激活的ATP的来源长期以来一直存在争议。在几个物种中进行的研究提供了不同的或者相互矛盾的结果。在小鼠精子中，糖酵解产生的ATP足以维持进行性运动。相反，在人类精子中，线粒体功能与精子活力或整体质量之间存在很强的关联性。因此，有一种观点认为精子具有多功能的新陈代谢，可能与物种、环境的不同具有不同的能量机制。

实验总结

本文通过高精度能量代谢检测方法测量了NC和CAP小鼠精子中的线粒体活性。首先，测量完整和活动精子细胞中的线粒体耗氧率，在获能过程中，CAP精子的线粒体偶联效率提高，表明线粒体电子传递链与ADP磷酸化过程比NC精子更紧密地耦合。其次，我们注意到CAP精子中RCR的增加，表明线粒体功能改善以增加ATP的产生。然而，CAP精子的储备呼吸能力（反映精子对能量需求的反应能力）并未改变，这表明精子的运作接近其生物能量极限。

与早期关于线粒体在精子获能中的作用的研究相比，该工作具有显著优势。该研究是在完整和活动精子中进行的，而早期的研究使用了非生理条件（透化和/或非活动精子）。

参考文章：Ferreira J J ,  Cassina A ,  Irigoyen P , et al. Increased mitochondrial activity upon CatSper channel activation is required for sperm capacitation.[J]. Redox biology, 2021, 48:102176.

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