精子奧秘新發(fā)現(xiàn)

劉寧寧

人和大多數(shù)高級動物都是有性繁衍，需要兩性的生殖細胞結(jié)合才能孕育新的生命?，F(xiàn)在，對男性（雄性）生殖細胞精子的研究發(fā)現(xiàn)，精子的很多特點是人們以前并不知曉的。了解這些知識不僅有實用價值，如治療不育和避孕，而且會深刻地理解生命進化的歷程和生命存在的規(guī)律。

精子與體型成反比

同一類動物的精子基本上大小相同，但是不同種類的動物精子就會有差異。如果以大象和老鼠比較，哪一個的精子大？對此，可能有人會有先入為主的印象，認為當然是大象的精子大，老鼠的精子小，因為這兩種動物體型差異太大了，體型大，精子自然就大。不過，研究結(jié)果告訴人們，恰恰相反，老鼠的精子反而比大象的大。

瑞典斯德哥爾摩大學的菲茨帕特里克等人對動物體型的大小與精子大小之間的關系進行了研究，選取了100種不同種類的哺乳動物的精子進行觀察，研究結(jié)果發(fā)表在2015年11月18日的英國《皇家學會生物學分會學報》上。研究的結(jié)論之一是，雄性動物的精子與體型的大小成反比，體型越大，精子越小;體型越小，精子越大。這種情況產(chǎn)生的原因在于雌性動物生殖器官的大小，但最終的原因是，要保證精子與卵子成功而有效的結(jié)合，以保證種群的繁衍。

大象精子小的原因在于，雌象的生殖器官很大，雄性的精液進入雌象生殖器官后首先會被稀釋，精子也會變得稀少，這種情況就像地廣人稀，一個人走很長的路都遇不到另一個人一樣。在這種情況下，精子遇到卵子并結(jié)合形成受精卵的機會就很少。所以，進化的策略讓體型大的動物，如大象從改進精子出發(fā)，以確保精子能與卵子快速和有效結(jié)合，產(chǎn)生大量的精子就是一個策略。但大量精子的產(chǎn)生又以精子的小為代價，因為小，精子才會多，這些進入雌性生殖道的大量精子能夠保證其中一兩個精子尋覓到卵子并與其結(jié)合。所以，對于大型動物來說，精子的數(shù)量高于質(zhì)量，需要以量取勝。

反過來，體型較小的老鼠精子卻較大，原因是，在雌鼠較小的生殖器官中，精子會很容易就找到卵子，而且不會跑很多路，再加上雌鼠會與不同的雄鼠交配，雄鼠的精子就存在很大的競爭關系。這幾種因素促成了一種結(jié)果，精子要個頭大，才會有取勝的機會，所以，老鼠的精子比大象的精子還大。當然，大象也存在雄性精子競爭的問題，但大象的生殖器官也大，所以精子個頭大小的重要性就退居次要。對于小型動物來說，精子的質(zhì)量高于數(shù)量，需要以質(zhì)取勝。

老鼠的精子也并非很大，如果以果蠅的體型與精子的長度相比，果蠅的精子算是相當大的。果蠅的精子可以卷起來，如果伸直，能長達6厘米，遠遠超出果蠅自身的身長。不過，在哺乳動物當中，以身體比例衡量，家鼠的精子個頭最大，人類和亞洲象的精子則相對來說都很小。人類的精子直徑一般是6～9微米。

不同動物精子大小的事實表明，性選擇或者繁殖之戰(zhàn)促成了動物精子有不同尋常的多樣性，產(chǎn)生了大、小、長、短、厚、薄各不相同的精子。

精子躲到哪兒去了？

無精癥是指男性的精液檢查沒有發(fā)現(xiàn)精子，但是有一個嚴格的標準，即一名男性排出的精液中連續(xù)3次找不到一個精子，才能稱為無精癥。無精癥的后果之一當然是不育，這種原因造成的不育約占男性不育患者的15%～20%。無精癥的原因有兩大類：一是睪丸本身功能障礙，稱為原發(fā)性無精癥或非梗阻性無精癥;二是睪丸生精功能正常，但因男性生殖系統(tǒng)梗阻，精子無法排出體外，稱為梗阻性無精癥。

梗阻性無精癥又有多種原因，包括睪丸內(nèi)梗阻，占梗阻性無精癥的15%;附睪梗阻，占梗阻性無精癥的30%～67%;其余則包括輸精管梗阻、射精管梗阻和精道遠端功能性梗阻。

梗阻性無精癥也意味著，這些男性并非沒有精子，而是精子排不出來。那么，這些男性的精子藏到哪里去了呢？研究發(fā)現(xiàn)，它們是藏在睪丸中。美國底特律福特醫(yī)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管一些男性精液內(nèi)沒有活的精子，但對他們的睪丸活檢時會發(fā)現(xiàn)其睪丸內(nèi)還是有活的精子。即便如此，以傳統(tǒng)的男性生殖專業(yè)理念判斷，梗阻性無精癥也是很難治療的，被稱為睪丸衰竭，難以孕育后代。因為，躲在睪丸中的精子與能夠穿過男性生殖管道的精子不同，精子穿過或通過男性生殖管道的過程是一種“獲能”的過程，意味著能獲得使卵子受精的能力。睪丸內(nèi)的精子沒有通過男性生殖管道，就缺少了一種使卵子受精的能力。

在顯微鏡下操作，活體取精子

不過，現(xiàn)在研究人員發(fā)現(xiàn)，過去的認識并非完全正確。如果采用特殊的技術，也能發(fā)現(xiàn)和利用躲在睪丸中的精子，讓其與卵子結(jié)合，從而治療梗阻性無精癥男子的不育。為此，福特醫(yī)院的研究人員研發(fā)了一種顯微外科手術，稱為顯微睪丸取精術，以獲取無精癥男子的精子。

在采用顯微睪丸取精術之前，需要對患者進行睪丸活檢，使用手術顯微鏡識別睪丸的哪些細管正在生產(chǎn)精子，以便準確獲取精子。這種方法除了能獲取更多精子外，也會最大限度地減少血管或睪丸等部位損傷，更容易讓醫(yī)生發(fā)現(xiàn)活著的精子。

獲取精子后，還要采用另一種技術，卵子胞漿內(nèi)單精子顯微注射技術，才能讓卵子和精子結(jié)合受精，這兩種技術結(jié)合在一起就成為顯微睪丸取精-卵子胞漿內(nèi)單精子顯微注射（TESE-ICSI）。以這種方式受精的卵子再轉(zhuǎn)移到女性子宮內(nèi)可發(fā)育成胎兒。卵子胞漿內(nèi)單精子顯微注射也稱為第二代人工生殖技術（第一代是體外受精和胚胎移植，第三代是胚胎植入前遺傳學診斷）。

因此，找到躲藏起來的精子是治療梗阻性不育癥的一個有效手段。

精子的運動技巧

精子是如何游動找到卵子的？過去的研究表明，卵子有吸引精子的趨化性以及可能吸引精子的物質(zhì)，因此可以讓精子找到卵子并與卵子結(jié)合。但是，更重要的是，精子必須有強大的運動能力，才能游到卵子存身的地方與卵子結(jié)合。

精子的運動是靠自身擺動長尾巴，驅(qū)使自己前進。精子的長尾巴是一種鞭毛，可以通過撲打來向前運動。撲打尾巴的運動需要動能，精子的動能來自哪里呢？研究發(fā)現(xiàn)，精子運動的推動力既依賴于精子的解剖特點，也依賴于精子鞭毛內(nèi)部的能量代謝。

解剖發(fā)現(xiàn)，精子鞭毛上有縱行排列的收縮蛋白、粗大纖維和相關的微絲及微管。為了克服諸如宮頸黏液這樣的黏性腔液的阻力，精子需要有持久的推動力。于是，精子通過自身的能量代謝過程產(chǎn)生能量，即把三磷酸腺苷酶（ATP）這種生物化學能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械動能，推動精子游動。水生動物的精子常常靠這樣的游動方法讓精子穿過水域去與卵子相會。

不過，當生殖系統(tǒng)完全位于體內(nèi)時，如人的生殖系統(tǒng)，精子就需要和大量的表面積做抗衡，精子的移動會需要更多的能量。事情是否是這樣呢？新的研究也發(fā)現(xiàn)，盡管精子可以通過能量轉(zhuǎn)換來推動自身前進，但精子也會利用女（雌）性生殖道的環(huán)境進行滑行，以節(jié)約能量，就像鳥兒在空中飛行會利用上升的熱氣流托舉一樣進行滑行飛翔。

加拿大多倫多大學的辛頓研究團隊拍攝了人類精子在距離玻璃表面1微米時的活動現(xiàn)象，并將其與在大量溶液中游動的精子做比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當精子在一個表面上游動時，會采取一種特別的滑行游動方式，從而能夠沿著表面游得更快更直。當精子處于模仿人類生殖道的黏液中時，這種滑行游動出現(xiàn)的頻率會更高。這表明，精子可以利用滑行節(jié)約能量。

相比之下，公牛的精子在緊貼一個表面時游得更慢。輸卵管是人類精子與卵子相會和受精的地方，是一個封閉而高度黏稠的環(huán)境，也是一種狹窄的通道。人類精子采用的滑行游動模式似乎非常適合人體的生殖系統(tǒng)。相比之下，牛的輸卵管更大，因此公牛精子和表面發(fā)生摩擦關系的機會要低得多，因此，主要靠精子的供能進行游動。人類的精子沿著輸卵管表面游動的機會更多，因此會采用一些滑行的行為。這種滑行不僅能節(jié)約能量，而且精子會游得更快更直，也能更有效地找到卵子并與之結(jié)合。

這也說明，人類精子的運動更適應狹窄生殖系統(tǒng)環(huán)境。

鍛煉影響精子運動

此外，此前的研究表明，人類精子的運動有快慢之分，可用精子活力標準來衡量。精子活力分為5級：0級表示精子不能活動;1級表示精子活力差，只在原地蠕動;2級表示精子活力一般，只能向前曲線運動;3級表示精子活力很好，能直線向前運動;4級表示精子活力極好，呈快速直線向前運動。

正常精子的活力應為，3級與4級之和超過50%，活動精子中至少有25%的精子呈直線快速運動。如果0、1、2級精子超過50%，4級小于25%，可判定為精子活力低。

有些人的精子運動慢或活力低并非只是與遺傳和疾病有關，而且與是否鍛煉有關。西班牙科爾多瓦大學的戴安娜·瓦阿蒙德博士等人對經(jīng)常運動和不愛運動的31名男性志愿者進行研究，評估他們的精液質(zhì)量和激素水平方面的差異，研究內(nèi)容包括調(diào)查精子數(shù)、精子活力等，也分析包括雄激素（睪丸激素）、皮質(zhì)醇和卵泡刺激素等激素水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，愛運動的男性精液多項指標更好。與慣于久坐者相比，經(jīng)常鍛煉的男性的精子形成情況更好，游動速度更快。

但是，另一研究表明，過度運動的人精子質(zhì)量反而較差。瓦阿蒙德博士及其同事于2010年完成的一項研究也表明，體育明星的精子質(zhì)量比普通經(jīng)常運動的男性更差。一個重要原因是，過量高強度運動反而會導致精子質(zhì)量下降。所以，盡管鍛煉有助于提高精子質(zhì)量，但是過量運動也會物極必反。

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