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研究发现人类精子的尾巴的秘密!有助于人类辅助生殖!

来源:本站原创 2019-04-05 15:02

2019年4月5日讯 /生物谷BIOON /——男性每次性高潮会射出约5500万个精子——这相当于伦敦或纽约总人口的六倍多,上海人口的两倍多。当然,并不是所有的精子都能长成婴儿。事实上,只有大约15个精子能够通过女性生殖道。这是因为对于精子来说,使卵子受精的过程是一个危险的过程。


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现在,一项最新研究已经发现了赋予人类精子力量,使其在与卵子受精的竞争中取得成功的秘密所在——这一切都与它们的尾巴有关。在生殖道中,精子会遇到复杂的化学和物理环境。精子必须摆脱阴道中致命的酸,穿透厚宫颈粘液屏障,避免被困在子宫颈,忍受子宫收缩,最终找到输卵管的小口并进入卵巢。在这些过程中镜子还需要面临子宫内白细胞的攻击。

这一切都发生在精子穿透卵子周围的另一层厚厚的保护层之前。所有这一切对微小的精子来说可能听起来过于困难,但这些屏障是有好处的——子宫是用来接收婴儿的,而精子可能是一种携带疾病的入侵者。

最新研究发现,精子外面一层覆盖在尾部用于加强保护的外保护层赋予了精子足够的力量来进行强有力的有节奏的进攻,打破这种胶状的宫颈粘液的堵塞。


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最新发现

精子的尾巴——或鞭毛——的长度仅相当于一根头发的宽度,而且非常复杂。因此,为了了解它们是如何工作的,研究人员使用了一个虚拟精子模型来比较人类和其他哺乳动物(在体内受精)的精子和海胆(在体外开放水域受精)的精子的差别。

研究人员发现,虽然海胆的尾巴和人类精子有着相同的弯曲内核,但哺乳动物的精子尾巴似乎进化出了一层加强的外层。这一外层,或称“披风”,为它们提供了克服在体内受精过程中遇到的厚厚的液体屏障所需的额外强度和稳定性。


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研究人员利用虚拟精子模型,并添加和移除不同物种尾巴的特征,创造了一个“弗兰肯斯坦”精子,这样研究人员就可以确定每个物种精子的功能。他们还增加了液体粘度,让各种精子游过。结果发现,当虚拟的海胆精子在宫颈黏液这样的液体中游动时,它们的尾巴在压力下迅速弯曲,这意味着它们无法推动自己前进。在很多情况下,这“困住”了精子,让它们在水中打转。另一方面,人类精子在像水一样的低黏度液体中疯狂地跳动,但在较厚的液体中,它们会以强有力的节奏游动。


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研究人员在海胆精子和人类精子在厚物质中游动的实验中也发现了这一点。当然,他们还不知道哪一种适应是先出现的,更强的精子还是宫颈粘液——或者它们是否共同进化。但这些发现不仅从进化的角度来看很有趣,它们还有助于在生育诊所中找到更好的精子,这将使医生能够轻松地识别出最合适的精子。

在英国,每七对夫妇中就有一对夫妇生育能力下降,而精子功能障碍是最常见的原因。自1970年以来,西方男性的精子数量减少了一半,男性生育能力已成为一个全球性挑战。在英国,每六对夫妇中就有一对接受生育治疗,每出生100个孩子就有一个是通过试管受精受孕的。

但是通过试管婴儿来生孩子也是非常困难的,大约四分之一的怀孕以流产告终。在英国,试管婴儿的成功率从2%到33%不等,这取决于女性的年龄——35岁以下的女性成功率要高得多。这项研究强调了人类精子尾部的精确适应性,这使得它能够在宫颈粘液中游动——这也强调了在评估和筛选试管婴儿精子时,模仿生殖道自然选择的重要性。

这是一个重要的发现,因为目前在诊所使用的“精子数”是一个很差的生育能力预测因子,目前诊所仍然没有使用高粘度液体模拟宫颈粘液。显然,现在需要更多的研究和深入的临床试验来评估这项新发现对未来的影响。(生物谷Bioon.com)

参考资料:

[1] How we solved the mystery of the human sperm tail – and what it could mean for the future of IVF 

[2] Hagai Levine et al. Temporal trends in sperm count: a systematic review and meta-regression analysis. Human Reproduction Update. https://doi.org/10.1093/humupd/dmx022 

[3] H. Gadêlha et al. Nonlinear instability in flagellar dynamics: a novel modulation mechanism in sperm migration? Journal of the Royal Society Interface. https://doi.org/10.1098/rsif.2010.0136 

[4] Hermes Gadêlha et al. Flagellar ultrastructure suppresses buckling instabilities and enables mammalian sperm navigation in high-viscosity media. Journal of the Royal Society Interface. https://doi.org/10.1098/rsif.2018.0668 

[5] Sexual and reproductive health

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