为何有些男性不能产生足够的精子？Science揭示Y染色体上的基因在小鼠雄性生育能力中的作用

在一项新的研究中，来自弗朗西斯-克里克研究所（Francis Crick Institute）的研究人员揭示了Y染色体上的哪些基因调控精子的发育，并影响雄性小鼠的生育能力。这项研究或能帮助科学家们理解为什么有些男性不能产生足够的精子，从而导致不育。

相关研究结果发表在2025年1月24日的Science期刊上，论文标题为“Systematic identification of Y-chromosome gene functions in mouse spermatogenesis”。

通常情况下，雄性动物有一个Y染色体拷贝和一个X染色体拷贝，而雌性动物有两个X染色体拷贝。虽然科学家们知道Y染色体对雄性生育能力至关重要，但具体哪些基因最为重要，以及它们如何发挥作用，一直是个谜。

为了揭开这个谜底，研究人员培育了13种不同的小鼠模型，每种模型都去除了Y染色体上的不同基因，然后研究了这些小鼠的生育能力。他们仔细观察了成年小鼠的繁殖表现，包括后代数量、产生的精子数量，以及精子的外观和活力。

研究人员发现，Y染色体上的几个基因对雄性小鼠的繁殖至关重要。如果这些基因被移除，雄性小鼠会因为缺少精子、精子数量减少、无法生成精子干细胞库或精子形状和运动异常，而无法繁殖后代。有趣的是，其他一些基因单独去除时没有明显影响，但如果一起去除则会导致精子异常。例如，有三个基因模拟了人类Y染色体上的AZFa区域，该区域的缺失是男性严重不育的常见原因。

小鼠胚胎干细胞中Y染色体上基因的靶向和筛选管道

这项研究不仅揭示了多个基因在精子生成中的作用，还表明这些基因之间存在补偿机制。这意味着，某些不孕症可能是由于同时丢失了多个基因造成的。此外，Y染色体上的某些基因在心脏和大脑等其他器官中也很活跃，这暗示它们可能在这些器官的功能中扮演重要角色。

随着年龄的增长，一些男性可能会因细胞分裂错误而失去血液中的Y染色体。这种缺失与阿尔茨海默病或癌症等疾病有关。因此，研究人员现在正致力于了解Y染色体基因缺失的小鼠其他器官的变化。

论文第一作者、弗朗西斯-克里克研究所性染色体生物学实验室博士后研究员Jeremie Subrini解释说：“我们的研究表明，小鼠生育所需的Y染色体上的基因比最初想象的要多。我们看到一些基因至关重要，另一些则具有累积效应。历史上，Y染色体一直被误解。人们曾认为它对成年人来说不是必需的，甚至有人假设它会完全消失。我们现在知道情况显然并非如此。”

论文通讯作者、弗朗斯-克里克研究所性染色体生物学实验室首席组长James Turner补充道：“不孕是一个大问题，大约六分之一的夫妇难以怀孕。在许多病例中，遗传因素，特别是涉及Y染色体的因素，是主要原因。然而，细节很难确定，部分原因是测序和研究Y染色体在技术上具有挑战性。”

Turner总结道：“如今我们了解了Y染色体上的基因，开始对更多人的Y染色体进行测序将非常重要，这可能会揭示男性不育的原因。随着更多的研究，我们或许有一天能够替换制造精子的细胞中缺失的基因，以帮助通过体外受精（IVF）实现生育。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Jeremie Subrini et al. Systematic identification of Y-chromosome gene functions in mouse spermatogenesis. Science, 2025, doi:10.1126/science.ads6495.