研究揭示了为什么精子“跑不动”

中国科学院生物物理研究所孙飞研究小组与北京师范大学陈苏仁教授、重庆妇幼保健院黄国宁/林婷婷教授、中国科技大学张志勇教授等团队共同揭示了哺乳动物精子轴丝中央微管的起源结构及其弱精子症的分子机制。相关论文于6月5日在《细胞研究》上发表

不孕不育影响了世界上约1/6的育龄夫妇，其中近一半的男性因素。弱精子症作为男性不育最常见的原因，具体表现为精子运动能力受损。精子尾部的鞭毛通过典型的“9” 2”轴丝结构实现运动，包括中央微管(Central Apparatus, CA)这是控制鞭毛摆动的关键。然而，中央微管结构复杂，动态性强，长期难以从原点获得高分辨率信息，限制了对弱精子症分子机制的深入理解。

在本研究中，孙飞研究小组应用先进的冷冻电子断层成像技术，结合AlphaFold2结构预测，成功分析了小鼠精子中央微管的起源结构，局部分辨率高达5.5埃。研究小组建立了一个三维结构模型，包括466个蛋白质亚基，识别了39种蛋白质，其中8种是第一次发现。特别值得注意的是，研究揭示了CFAP47和HYDIN的完整结构和功能，明确了C1和C2微管通过桥梁连接的平稳作用机制。

此外，通过CFAP47基因敲除小鼠试验和临床弱精子症患者基因数据分析，进一步证实CFAP47蛋白质缺陷可引起精子鞭毛运动障碍，与弱精子症的发生直接相关。

本研究首次揭示了哺乳动物精子中央微管的原点组装细节，并结合动物模型和临床数据，系统地解释了结构缺陷与疾病之间的因果关系。结果为弱精子症的准确诊断和治疗提供了重要的科学论证。