公豬精清蛋白質(zhì)與受精過程的關(guān)系

陳志林 陳預(yù)明,2 衛(wèi)恒習(xí) 李莉 張守全

（1華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510642；2廣東廣三保養(yǎng)豬有限公司，廣東廣州 510630）

公豬精清蛋白質(zhì)與受精過程的關(guān)系

陳志林1陳預(yù)明1,2衛(wèi)恒習(xí)1李莉1張守全1

（1華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州 510642；2廣東廣三保養(yǎng)豬有限公司，廣東廣州 510630）

精清的蛋白質(zhì)由精囊腺、前列腺、附睪腺、尿道球腺等附性腺分泌，對受精作用至關(guān)重要，并且與雄性個體的繁殖力具有相關(guān)性。本文綜述了與公豬受精相關(guān)的精清蛋白，闡述了精清蛋白質(zhì)與受精過程中精子活力、精子獲能、頂體反應(yīng)等的關(guān)系以及在養(yǎng)豬生產(chǎn)中作為受精能力生物標(biāo)記的應(yīng)用前景。

豬；精子；精清蛋白質(zhì)；受精標(biāo)記；繁殖力

精清是精液的組成部分之一，由精囊腺、前列腺、附睪腺、尿道球腺等附性腺分泌。精清中包含有蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物、激素、維生素以及微量元素等[1]，其中精清蛋白質(zhì)在受精過程中起著十分重要的作用，并與雄性個體的受精能力具有相關(guān)性。大多數(shù)精清蛋白在射精時附著在精子的頭部[2]，影響精子的生理功能并參與受精的各個過程。隨著蛋白組學(xué)的發(fā)展，越來越多的精清蛋白質(zhì)被發(fā)現(xiàn)參與受精過程的一系列生理生化反應(yīng)。本文對受精相關(guān)的精清蛋白質(zhì)進(jìn)行了總結(jié)，在蛋白質(zhì)水平上說明了精清蛋白與精子活力、精子獲能、頂體反應(yīng)及受精過程的關(guān)系，并闡述了精清蛋白質(zhì)在養(yǎng)豬生產(chǎn)中作為受精能力標(biāo)記的應(yīng)用前景。

1 精清蛋白質(zhì)能影響精子活力

精子活力是影響受精的關(guān)鍵因素之一。雖然調(diào)節(jié)精子活力的具體機理仍不明確，但是精子內(nèi)的環(huán)磷酸腺苷（cAMP）被認(rèn)為是調(diào)節(jié)精子活力的重要參數(shù)之一。精子很可能是通過控制細(xì)胞內(nèi)cAMP水平實現(xiàn)對精子活力的調(diào)節(jié)。據(jù)研究報道，精清中的某些蛋白質(zhì)能夠改變精子內(nèi)的cAMP水平，從而影響精子的活力。鋅-a2-糖蛋白（Zn-a2-g lycoprotein,ZAG）[3]和精子運動抑制蛋白Ⅱ（Motility Inhibiting Factor,MIF-Ⅱ）[4]相繼被發(fā)現(xiàn)可以作用于cAMP信號通路，顯著降低了精子內(nèi)的cAMP濃度，抑制精子向前運動的活力。另外精清中的其他蛋白質(zhì)也參與了精子活力的調(diào)節(jié)，如來源于牛精囊的精漿精子活力抑制蛋白（Seminal plasma spermmotility inhibitor,SPMI）[5]，小鼠附睪中的類磷脂酰乙醇胺結(jié)合蛋白（PEBPs 4）[6]、附睪蛋白酶抑制劑（EPPIN）[7]、PMCA4a（plasma membrane Ca(2+)-ATPase 4a）[8]以及人的前列腺分泌蛋白94（PSP94）[9]等。

2 精清蛋白質(zhì)參與精子獲能過程

精子進(jìn)入雌性個體生殖道后，必須經(jīng)歷獲能反應(yīng)來得到與卵子結(jié)合的能力。在獲能期間，精子膜表面會發(fā)生若干變化，如質(zhì)膜的蛋白質(zhì)的重排和膜通透性的增強[10]，精子的超活化反應(yīng)和膜蛋白酪氨酸磷酸化[11]等。

在射精時，大部分精清蛋白附著在精子的頭部，參與精子的一系列反應(yīng)進(jìn)程。相關(guān)研究結(jié)果表明，粘附在精子頭部的多種精清蛋白在精子進(jìn)行獲能反應(yīng)時發(fā)揮不可或缺的作用。由牛精囊分泌的牛精漿（Bovine Seminal Plasma,BSP）蛋白在精子獲能時發(fā)生不同程度的脫落，改變精子表面的蛋白構(gòu)象，從而調(diào)節(jié)精子超活化反應(yīng)[12]；精囊蛋白因子PDC-109在獲能期間結(jié)合在精子質(zhì)膜表面，改變膜的通透性并影響獲能反應(yīng)的進(jìn)行[1 3]。另外，多種精清附著蛋白質(zhì)也被證實與精子獲能相關(guān)，如酸性骨橋蛋白（Osteopontin,OPN）[14]、SPINKI（a secreted serine protease inhibitor Kazal-type-like protein）[15]、富含半胱氨酸分泌蛋白1（Cysteine-rich secretary protein,CRISP1）[16]和組分多糖（PSPⅡ）[17]等。相關(guān)精清蛋白因子的作用不僅決定精子的獲能進(jìn)程，也能影響個體的繁殖力。

3 精清蛋白質(zhì)與頂體反應(yīng)及受精過程的關(guān)系

獲能的精子穿過卵丘細(xì)胞層后，識別卵透明帶蛋白ZP3，從而誘發(fā)精子頂體反應(yīng)以助于綁定和穿入透明帶[18]。精子的頂體反應(yīng)和透明帶的穿透涉及到精子表面的配體蛋白與透明帶蛋白間的相互識別和結(jié)合。在此過程中更多的是精子內(nèi)源性蛋白的參與，如腸相關(guān)淋巴組織（Gut-associated lymphaticTissue,GalT）、上皮生長因子受體（epidermalg rowth factor receptor,EGFR）、Testase1和Acrosin等。但研究發(fā)現(xiàn)精清蛋白在這過程中也發(fā)揮著重要的作用。Capkova等發(fā)現(xiàn)精清粘附蛋白SABP與肌動蛋白結(jié)合后介導(dǎo)頂體反應(yīng)的發(fā)生[19]；隨后附睪來源的蛋白質(zhì)P14被發(fā)現(xiàn)在頂體反應(yīng)時參與頂體膜的融合過程[20]。乳凝集素（Lactadherin）和AQN-3則被證實在頂體反應(yīng)后協(xié)助精子綁定和結(jié)合透明帶以利于頂體復(fù)合酶對透明帶的溶解[21,22]，從而幫助精子順利穿入透明帶。

精子在穿入透明帶后進(jìn)入到卵周間隙。此時，精膜與卵膜間的相互作用可以促進(jìn)精卵間的膜融合，有利于精子內(nèi)的遺傳物質(zhì)進(jìn)入卵細(xì)胞內(nèi)。在精卵膜融合的過程中，附著于精子赤道區(qū)的附睪蛋白CRISP1與卵膜上的微絲相互作用，激發(fā)精卵間的膜進(jìn)行融合[23]。此外精子頭部的精清蛋白鞘脂激活蛋白原（Prosaposin）在精子接觸卵膜時能夠激活卵子，使其與精膜逐漸發(fā)生融合[24]。據(jù)研究顯示，精子蛋白也參與融合過程，如ADAMs、IAM38、Zonadhed in等。在多種蛋白因子的作用下，精卵可以順利融合，隨后雌雄原核形成并結(jié)合，形成受精卵直至最后完成整個受精過程。

4 展望

精清是精液的重要組成部分，其中的蛋白質(zhì)對精子的活力、獲能、頂體反應(yīng)和精卵融合等受精過程中的反應(yīng)至關(guān)重要。據(jù)研究表明，某些精清蛋白的缺失或表達(dá)異常往往會影響整個受精過程[25]。此外，個別的精清蛋白也被證實與家畜個體的受精能力相關(guān)，如牛的OPN和豬的Prosaposin等。

人工授精是養(yǎng)豬業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一項技術(shù)，但在實際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)精子評估方法并不能準(zhǔn)確地判斷出公豬的受精能力，從而導(dǎo)致人工授精的失敗或母豬產(chǎn)仔數(shù)的減少。在公豬精清中存在多種由附性腺分泌的蛋白質(zhì)，其中很多蛋白質(zhì)還與個體受精能力相關(guān)。由于現(xiàn)有的這些蛋白質(zhì)分子標(biāo)記缺乏穩(wěn)定性和實際生產(chǎn)的應(yīng)用性，因此不能作為合適的受精標(biāo)記用以客觀、準(zhǔn)確地評估精子受精能力。但相信在今后的研究和發(fā)展中能夠找到合適的精清蛋白質(zhì)，作為受精生物標(biāo)記并建立起更加客觀的精子受精能力評定方法，應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)以改善公畜繁殖力和提高育種效率。

[1] 丁之德.哺乳動物精漿蛋白與精子成熟關(guān)系的研究進(jìn)展[J].國外醫(yī)學(xué)(計劃生育分冊),2002(1):2-5.

[2] 李鴻巖,趙興緒,張勇,等.精子功能相關(guān)精漿蛋白質(zhì)的蛋白組學(xué)研究進(jìn)展[J].中國畜牧獸醫(yī),2010(11):110-114.

[3] Qu F,Ying X,Guo W,etal.The role of Zn-alpha2g lycoprotein in spermmotility is mediated by changes in cyclicAMP [J].Reproduction,2007,134(4):569-576.

[4] Das S,Saha S,Ma jumder GC,et al.Pu rification and characterization of a spermmotility inhibiting factor fromcaprine epid idymal plasma[J].PLoS One,2010,5(8):e12039.

[5] Iwamoto T,Hiroaki H,Fu ruichi Y,etal.Cloning of boar SPMIgene which is expressed specifically in seminal vesicle and codes for a spermmotility inhibitor protein[J].FEBS Lett,1995, 368(3):420-424.

[6] An LP,Maed a T,Sakaue T,et al.Purification,molecular cloning and functional characterization of swine phosphatidylet hanolamine-binding protein 4 fromseminal plasma[J].BiochemBiophys Res Commun,2012,423(4):690-696.

[7] O'Rand MG,Widgren EE,Hamil KG,et al.Functional stud ies of eppin.BiochemSocTrans,2011,39(5):1447-1449.

[8] Al-Dossary AA,Strehler EE,Martin-De leon PA.Expression and secretion of plasma membrane Ca(2+)-ATPase 4a(PMCA4a)during mu rine estrus:association with oviductal exosomes and uptake in sperm[J].PLoS One,2013,8(11):e80181.

[9] Ank lesaria JH,Jag tapDD,Pathak BR,et al.Prostate secretory protein of 94 amino acids(PSP94)binds to prostaticacid phosphatase(PAP)in human seminal plasma[J].PLoS One,2013, 8(3):e58631.

[10] Flesch FM,Wijnand E,van de Lest CH,et al.Capacitation d epend ent activation of tyrosine phosphory lationgenerates two spermhead plasma membrane proteins with high primary binding a ffinity for the zona pellucida[J].Mo l Reprod Dev,2001, 60(1):107-115.

[11] Visconti PE,Moore GD,Bailey JL,et al.Capacitation of mouse spe rmatozoa.II.Protein tyrosine phosphorylation and capacitation are regulated by a cAMP-dependent pathway[J]. Development,1995,121(4):1139-1150.

[12] Hung PH,Sua rez SS.Alterations to the bull spermsurface proteins that bind spermto oviductal epithelium[J].Biol Reprod,2012,87(4):88.

[13] Srivastava N,Jerome A,Srivastava S K,et al.Bovine semina l PDC-109 protein:An overview of biochemical and functional properties[J].AnimReprod Sci,2013.

[14] Boccia L,Di Francesco S,Neg lia G,et al.Osteopontin improves spermcapacitation and in vitrofertilization efficiency in buffalo(Bubalus bubalis)[J].Theriogenology,2013,80(3): 212-217.

[15] Lin MH,Lee RK,Hwu YM,et al.SPINKL,a Kazal-type serine protease inhibitor-like protein purified frommouse seminal vesicle fluid,is able to inh ibit spermcapacita tion[J].Reproduction,2008,136(5):559-571.

[16] Maldera JA,Vasen G,Ernesto JI,et al.Evidence for the involvement of zincin the association of CRISP1 with rat spermduring epid idyma l maturation[J].Biol Reprod,2011,85(3): 503-510.

[17] Caballero I,Vazquez JM,Mayor GM,et al.PSP-I/PSP-II spermadhesin exe rt a decapacitation effect on h ighly extend ed boar spermatozoa[J].Int J And ro l,2009,32(5):505-513.

[18] Rodeheffer C,Shur BD.Spermfrombeta1,4-galactosyltransferase I-null mice exhibit precocious capacitation[J]. Development,2004,131(3):491-501.

[19] Capkova J,Elzeinova F,Novak P.Increased expression of secretory actin-binding protein on human spermatozoa is associated with poor semen quality[J].HumReprod,2007,22(5): 1396-1404.

[20] Nandi P,Ghosh S,Jana K,et al.Elucidation of the involvement of p14,a spermprotein during matu ration,capacitation and acrosome reaction of caprine spermatozoa[J].PLoS One,2012,7(1):e30552.

[21] van Geste l RA,Brew is IA,Ashton PR,et al.Multiple proteins present in purified porcine spermapical plasma membranes interact with the zona pellucida of the oocyte[J].Mol HumReprod,2007,13(7):445-454.

[22] Shur BD.Reassessing the role of protein-ca rbohyd rate complementarity during sperm-egg interactions in the mouse[J]. Int J Dev Biol,2008,52(5-6):703-715.

[23] Cohen DJ,Maldera JA,Vasen G,et al.Epid id ymal protein CRISP1 plays different roles during the fertilization process [J].J And ro l,2011,32(6):672-678.

[24] Morales CR,Hay N,El-Alfy M,et al.Distribution of mouse sulfatedg lycoprote in-1(prosaposin)in the testis and o ther tissues[J].J And rol,1998,19(2):156-164.

[25] 張樹山,張德福,戴建軍,等.蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究家畜精子蛋白和精漿蛋白進(jìn)展.中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會.動物繁殖學(xué)分會第十五屆學(xué)術(shù)研討會論文集（下冊）[C].北京:中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會動物繁殖學(xué)分會,2010:567-569.

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