PNAS：精子也“飙车”？科学家发现能量开关，有望颠覆不孕与避孕未来

全球约有六分之一的夫妇面临不孕问题，其中男性因素约占一半；与此同时，全球每年有约50%的妊娠属于意外怀孕。这两大难题背后隐藏着一个共同的生物学关键，那就是精子如何“充电”？如何“冲刺”？如何精准调控自身能量，完成那场生命最初的马拉松？

近日，一篇发表在国际杂志Proceedings of the National Academy of Sciences上题为“Sperm meet the elevated energy demands to attain fertilization competence by increasing flux through aldolase”的研究报告中，来自密歇根州立大学等机构的科学家们通过研究揭开了精子代谢调控的神秘面纱。文章中，研究人员不仅绘制出精子从“休眠”到“超频”的完整代谢路径图，更找到了控制其能量输出的“交通指挥官”，这一发现可能为不孕治疗与非激素男性避孕带来革命性突破。

精子也有“待机模式”与“飙车模式”

在精子射出之前，哺乳动物的精子静静地待在附睾中，处于一种低能耗的“待机状态”；一旦进入女性生殖道，其就必须迅速启动“飙车模式”：游动加速、膜结构改变、完成“获能”过程，才能最终与卵子结合。研究者Balbach教授解释道，这种从低能态向高能态的快速切换在许多细胞中都会发生，但精子是研究这一过程的绝佳模型。

为了看清精子内部究竟发生了什么，Balbach团队等人通过联合研究开发了一种特殊的“代谢追踪术”；他们用稳定同位素标记葡萄糖，像给汽车的屋顶涂上亮粉色一样，然后通过质谱技术“航拍”这些标记分子在精子内部的流动路径。

研究者表示，在激活的精子中，他们看到这辆“粉色跑车”在代谢道路上开得更快，而且选择了不同的路线，甚至能看清它在哪些“十字路口”容易堵车。

代谢“交通管制”：谁是精子的“能量指挥官”？

研究人员发现，精子在激活状态下会大幅提升糖酵解效率，将更多葡萄糖转化为能量同时减少通过磷酸戊糖途径的代谢流。这一过程的关键调控点在于一种叫做醛缩酶的酶，其就像一位高效的“交通指挥官”，在精子获能过程中被激活同时指挥葡萄糖加速流向产能通路。此外，该研究还揭示：1）在含有线粒体的精子中段，丙酮酸进入三羧酸循环，通过氧化磷酸化最大化产能；2）在没有线粒体的鞭毛主段，丙酮酸被转化为乳酸，同时再生氧化型辅酶Ⅰ，确保糖酵解持续进行；3）精子甚至还能调用“内部储备能源”为三羧酸循环中间产物“加油”。

从“不孕”到“避孕”：双重潜力的科学突破

这项研究不仅为理解精子代谢提供了最完整的图谱，更在两大领域展现出应用前景：1）不孕诊断与辅助生育，通过分析精子代谢路径，研究人员有望开发出更精准的不育诊断方法，甚至优化体外受精技术中的精子预处理流程。2）非激素男性避孕，传统男性避孕药多基于激素调控，起效慢、副作用大；而Balbach团队提出的新思路是：靶向调控精子代谢中的“交通控制酶”，实现按需、非激素、无副作用的男性避孕。这意味着男性将拥有更多生育选择权，同时也能让女性从激素避孕的副作用中解放出来。

Balbach表示，理解葡萄糖在精子激活中的代谢是重要的第一步，接下来他们将探索这些机制在人类精子中是否同样适用。目前研究人员正在研究是否可以通过安全地靶向某个“交通控制酶”从而开发出适用于男性或女性的非激素避孕药。这项研究不仅为生殖医学开辟了新方向，更让我们看到，在生命最微小的赛道上，科学正在揭开最激动人心的秘密。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Sara Violante,Aye Kyaw,Lana Kouatli, et al. Sperm meet the elevated energy demands to attain fertilization competence by increasing flux through aldolase. Proceedings of the National Academy of Sciences. September 24, 2025,doi:10.1073/pnas.2506417122.