Presenilin-1在公猪精子中的表达及其在无糖条件下调控顶体反应的作用与机制研究

《Theriogenology》：Presenilin-1 is present in boar spermatozoa and regulates acrosome reaction in absence of glucose

本研究首次在公猪精子中发现阿尔茨海默病相关蛋白Presenilin-1（PSEN1）的存在，并揭示其通过调控钙稳态在无糖诱导的顶体反应中发挥关键作用。研究人员通过免疫印迹、免疫荧光和流式细胞术等技术，证实PSEN1的抑制可显著促进顶体反应，甚至在不依赖胞外钙的条件下仍能诱导反应，为理解哺乳动物受精过程中的钙调控机制提供了新视角。

　　

在生命科学的奥秘中，精卵结合是繁衍的基石，而顶体反应（Acrosome Reaction, AR）则是精子成功穿透卵子透明带的关键步骤。这一钙离子依赖的胞吐过程，如同精子释放的“穿甲弹”，需要精准的调控。然而，尽管科学家们对顶体反应的重要性已有共识，但其背后的分子机制，尤其是钙离子稳态的调控网络，仍有许多未解之谜。在公猪精子中，葡萄糖剥夺可诱导顶体反应，但这一过程的具体调控因子尚不明确。与此同时，Presenilin-1（PSEN1）——一个在阿尔茨海默病研究中备受关注的跨膜蛋白，已知在神经元中参与钙稳态的调节，但其在哺乳动物精子中的存在和功能却从未被探索。这一空白激发了研究人员的兴趣：PSEN1是否存在于公猪精子中？它是否在顶体反应中扮演角色？为了回答这些问题，来自西班牙埃斯特雷马杜拉大学的研究团队开展了深入研究，其成果发表在《Theriogenology》上，首次揭示了PSEN1在公猪精子中的表达及其在无糖条件下调控顶体反应的新机制，为生殖生物学提供了新的见解。

本研究主要采用了Western Blot和免疫荧光技术检测PSEN1的表达与定位，通过PNGase F处理分析蛋白糖基化，利用钙离子载体4-Br-A23187和葡萄糖剥夺诱导顶体反应，并采用特异性抑制剂MRK-560研究PSEN1的功能，结合流式细胞术评估顶体反应状态，样本来源于商业种猪站的杜洛克公猪精液。

3.1. Identification of PSEN1 in boar spermatozoa

研究人员通过Western Blot分析，首次在公猪精子中检测到PSEN1的存在，其羧基末端片段（CTF）分子量约为27.8 kDa，显著高于猪睾丸中的26.3 kDa和人类MDA-MB-231细胞中的19.1 kDa。这一发现证实了PSEN1在公猪精子中的特异性表达，并提示可能存在独特的翻译后修饰。

3.2. Glycosylation of PSEN1

为了解释分子量差异，团队进行了去糖基化实验，发现PNGase F处理后，精子中的PSEN1出现条带迁移，其中一条与睾丸中的条带分子量一致。这表明PSEN1在公猪精子中发生了N-糖基化，这种修饰可能是导致其分子量较高的原因。

3.3. Effect of acrosome reaction induction on PSEN1

通过钙离子载体4-Br-A23187诱导顶体反应后，Western Blot显示PSEN1的蛋白水平显著下降，提示顶体反应可能伴随着PSEN1的降解或丢失。

3.4. Effect of acrosome reaction induction on PSEN1 localization

免疫荧光分析揭示了PSEN1的动态定位变化：在基础状态下，PSEN1主要位于顶体后区；而顶体反应诱导后，其在顶体区也出现明显信号。这表明PSEN1可能位于内膜系统，顶体反应导致其抗原表位暴露。

3.5. Effect of MRK-560 inhibitor on acrosome reaction

使用PSEN1特异性抑制剂MRK-560后，在无糖培养基中，顶体反应呈剂量依赖性增加，最高浓度（50 μM）时效果最显著。同时，伴随顶体反应标志蛋白p32的酪氨酸磷酸化水平上升，证实了PSEN1抑制对顶体反应的促进作用。

3.6. Effect of extracellular calcium in the acrosome reaction induced by MRK-560 in the absence of glucose

在无胞外钙或添加EGTA螯合钙的条件下，葡萄糖剥夺本身无法诱导顶体反应，但MRK-560仍能引起15-20%的精子发生顶体反应。这表明PSEN1的抑制可能通过动员内部钙库（如内质网或顶体）的钙离子，从而触发顶体反应。

研究结论与讨论部分强调，PSEN1在公猪精子中是一个糖基化蛋白，其表达和定位在顶体反应过程中发生动态变化。功能上，PSEN1可能通过调节内部钙库（如IP₃R）的钙释放，在无糖条件下抑制顶体反应，从而维持精子的稳态。这一发现不仅拓展了PSEN1在生殖系统中的功能认知，还为理解受精过程中钙稳态的精细调控提供了新视角。在生理条件下，输卵管壶腹-峡部连接处的葡萄糖浓度较低（约0.43 mM），PSEN1可能在此环境中起到“刹车”作用，防止顶体反应过早发生。然而，PSEN1调控钙释放的具体分子机制，以及其在精子亚群中的异质性反应，仍需进一步研究。未来通过钙成像技术等手段，将有望揭示PSEN1在精子功能中的更深层作用，为男性生殖健康及辅助生殖技术提供新的理论依据。