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精子告诉我们什么?

 医文杂谈 2022-11-04 发布于河南

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      这张图所描述的技术:单精子卵胞浆内注射(ICSI),使得人们对人体这个最精致的细胞的认识,简化到了它只是带着男人一半的染色体。特别是用皮肤干细胞制造精子成功后,对精子的其他能力更趋向于无视,然而这是真的吗?

      诚然,科技帮助人手的延伸,当达到操作生殖配子的程度时,ICSI的成功,使得精卵融合前的复杂精子功能都被省略了。比如它奇迹般到达并在女性生殖道曲折长征,过关斩将,变化无穷的能力。(精子在附睾内的成熟,在女性生殖道的获能、找到正确方向、超激活、展示通行证、越过放射冠、用身份证结合透明带、经历顶体反应、掘穿透明带、展示正确膜密码和卵子膜融合等。)

      我们重新审视这张如今每天都在世界各地生殖实验室上演着的图片,确实,针尖处那可怜的小小精子,相对于巨大的卵子是多么小,那小小的头部黑点,确乎只是一团高度浓缩了的染色质。难怪人们会认为其他的都不重要,因为它只是一个媒介,只是一个信使,它大头内部的DNA质量和里面的东西才重要。

      然而,ICSI的成功率,徘徊在一个并不高的平台,我们需要反思这个辅助生殖技术的不足,意识到人类对自身的傲慢。到目前(2022年),我们所能认识到精子头部里的东西,作为信使功能的,除了那一半完整的染色体,还有3个。

1、激活卵子的因子

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      “天雷地火”。这个令人震惊的火花,是精子进入并激活卵子时发生的。精子进入时,先是卵子内钙离子反复升高,叫“”钙离子震荡“,几分钟后,数十亿个锌离子从皮层颗粒里释放出来,爆发出这个灿烂的“焰火”。

      这个过程的结果,透明带瞬间对精子而言变得坚不可摧,只允许一个精子通过,避免了多个精子进入导致卵子死亡。同时,锌焰火爆发将锌消耗之后,卵子内被压抑的分裂过程才能开始,对此后2小时开始的胚胎启动发育至关重要。而激活卵子的因子,是精子携带的。

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      虽说ICSI能控制只有一个精子进入,这个屏障功能也可忽略,但是没有充分的卵子激活,就没有后续好的胚胎。在实验室环境,卵子也可自发激活、被酒精激活,被玻璃棒物理刺激激活。看来一些调皮的卵子妹妹可以靠喝酒、按摩棒、自嗨而启动卵裂,虽然卵裂但并未受精,有时会骗过胚胎学家的眼睛。那么这个火焰,是验证精卵质量及将来发育成胚胎的一个可靠方法,如果我们能检验精子的启动卵子因子,会提高识别优质精子及胚胎的能力。

2、两个中心体

       既往认为精子只有一个中心体,精子细胞原有的两个,在精子形成过程中丢失了一个,到卵子中再复制一个引发卵子第一次有丝分裂。事实上,近来观察到在成熟精子是两个,在射精出的精子中已经重建。而缺失一个中心体,受精卵甚至会卵裂至移植阶段,然后才停止发育而死亡。如果我们选用一个中心体的精子去受精,结局必然是不好的。

3、启动胎盘发育的必须因子

      胚胎自身是启动子宫内膜形成胎盘的因素。在青蛙,卵子中两个精原核或卵原核都可发育成一个青蛙。在胎盘哺乳动物不是这样,卵细胞中两个精原核只能形成胎盘样组织。人类卵细胞中两卵原核只能形成胚胎样组织而无胎盘样结构,从而死亡。基因印记缺失可能是病因。这个“新的”重要功能,提示某些不着床现象有精子自身因素,而我们选择精子时,还没有能力鉴别精子是否带有这个因子。

      有性生殖是物种维持进化的重要驱动力,对此过程的了解及具体机理研究不够深入,是造成辅助生殖成功率低的主要原因之一。比如精子的后三个信息因子究竟是什么?何时、在哪里形成?我们还一无所知,更谈不上能检测它们从而提高成功率了。我们依然处在对生命理解的原始阶段。

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      6亿年前,有性生殖的出现是进化史上重要的一步。两性的配子细胞膜是融合在一起合二为一的,严格来说ICSI破坏了这种屏障,有潜在风险。3亿年前,锌火花出现,它们的意义我们还并不清楚。精子显然不止是提供一半染色体这么简单,其他未知的功能,还需要我们不断探索。我们所能做的,是敬畏自然这个宏大、杰出,精细的过程,不断去了解它的全部奥秘,最终只能尽量模拟这个过程来帮助自己。

参考文献

1. David Mortimer,Lars Björndahl,eds. A Practical Guide to Basic Laboratory Andrology. Second edition. Cambridge: Cambridge University Press, 2022, 28–30.
2.  Fishman EL, Jo K, Nguyen QPH, et al. A novel atypical sperm centriole is functional during human fertilization. Nature Commun 2018; 9: 2210. https://doi:10.1038/s41467-018-04678-8
3Mortimer D, Kovacs G, eds. Male and Sperm Factors That Maximize IVF Success. Cambridge: Cambridge University Press, 2020, 130–40.

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