综述：人类精子导航：多种机制的协同作用

这篇综述系统阐述了哺乳动物精子在雌性生殖道中的导航机制，挑战了传统认为受精是随机碰撞的观点。文章揭示了三种导航方式：化学趋化性（chemotaxis）、热趋化性（thermotaxis）和流变趋化性（rheotaxis），其中前两者为主动导航，后者为被动过程。重点探讨了其分子机制（如GPCRs、CatSper通道、TRP家族）和生理意义，并提出了基于导航机制提高人工受精成功率（如ICSI）的临床转化潜力。

　　

精子导航的三大机制

哺乳动物受精过程中，精子需穿越雌性生殖道长达15厘米的复杂环境。传统观点认为这是随机碰撞的结果，但近二十年研究证实，精子通过三种协同机制精准导航至卵子：

1. 热趋化性（Thermotaxis）
   精子能感知0.0006°C的微小温度差异，响应输卵管中排卵期形成的0.016°C/mm梯度。这种超敏性依赖视蛋白（Opsins）家族（如Opsin-2/4）作为温度传感器，通过PLC和cAMP双通路升高细胞内Ca²⁺
   浓度，触发转向行为。

   

2. 化学趋化性（Chemotaxis）
   卵子和卵丘细胞分泌的孕酮（progesterone）、CCL20和DEFB119等化学因子，在短距离（毫米级）引导精子。有趣的是，精子穿透卵子后释放的Zn²⁺
   会逆转孕酮的吸引作用，转化为排斥信号以防止多精受精。

3. 流变趋化性（Rheotaxis）
   输卵管液流推动精子逆流而上，这一被动过程依赖精子旋转运动，且获能（capacitated）精子表现更优。

分子机制与生理逻辑

• 温度传感器：视蛋白（如Opsin-2）在精子中通过结合三顺式视黄醛（tri-cis retinal）实现热感应，与视觉光感机制截然不同。
• 化学受体：CatSper通道（孕酮）、CCR6（CCL20）和嗅觉受体（如OR17-4）参与信号传导，但具体通路仍存争议。
• 行为策略：精子通过"试错法"导航——获能精子周期性出现超活化（hyperactivation）事件，在正向梯度中抑制转向，负向梯度中增加转向频率。
  

临床转化潜力

导航机制可优化辅助生殖技术：

• 精子筛选：热趋化筛选的精子DNA完整性更高，小鼠实验显示ICSI成功率提升2倍
• 避孕策略：利用Zn²⁺
  的化学排斥作用开发新型避孕剂
• 不孕诊断：DEFB119基因突变或水平低下与女性不明原因不孕相关

未解之谜

尽管取得进展，精子如何整合多重导航信号、化学趋化完整通路、以及导航机制在其他生殖道区段的作用仍需探索。这些发现不仅改写受精生物学教科书，更为解决生殖健康难题提供了新视角。