锌铜掺杂羟基磷灰石联合谷胱甘肽与棉子糖增强精子冷冻保存效果：对活力、DNA完整性及氧化应激的影响

《F&S Science》：Enhanced Sperm Cryopreservation Using Zn and Cu-Doped Hydroxyapatite with Glutathione and Raffinose: Effects on Motility, Viability, DNA Integrity, and Oxidative Stress Markers

本研究针对精子冷冻保存过程中氧化损伤导致质量下降的问题，探讨了Zn/Cu-HAp联合GSH和Raffinose的冷冻保护方案。结果表明，该组合能显著提升冻融后精子活力(P < 0.05)，降低DNA碎片率(P = 0.0001)，并有效改善氧化应激指标（TAC/TOS平衡，P < 0.0001），为辅助生殖技术提供了创新性解决方案。

　　

在辅助生殖技术领域，精子冷冻保存是至关重要的一环，它为不孕症治疗、精子库建立以及男性生育力保存提供了基础。然而，传统的冷冻保存过程并非完美，会对精子造成一系列可逆或不可逆的损伤，这被统称为“冷冻损伤”。其中，氧化应激是导致精子质量下降的核心元凶。当精子经历从常温到超低温（如-196 °C）的剧烈温度变化，以及在冻融过程中冰晶的形成，会诱导线粒体功能紊乱，产生大量活性氧（ROS）。精子膜富含多不饱和脂肪酸，对ROS攻击极其敏感，易发生脂质过氧化，导致膜流动性丧失和功能受损。同时，ROS也能直接攻击精子细胞核内的DNA，造成DNA链断裂，影响遗传物质的完整性。这些损伤最终表现为冻融后精子活力下降、存活率降低以及DNA碎片率升高，严重制约了辅助生殖技术的成功率。因此，开发新型高效的冷冻保护剂，旨在减轻氧化损伤、保护精子结构和功能，成为该领域的研究热点。

为了应对这一挑战，来自乌尔米亚大学的研究团队在《F》期刊上发表了他们的最新研究成果。他们创新性地将一种纳米材料——锌和铜掺杂的羟基磷灰石（Zn/Cu-HAp），与两种生物活性分子——谷胱甘肽（GSH，一种重要的内源性抗氧化剂）和棉子糖（Raffinose，一种非渗透性糖类保护剂）进行组合，系统评估了该复合配方对小鼠精子冷冻保存效果的影响。

研究人员主要运用了精子功能学评估和氧化应激生物标志物检测等关键技术方法。实验以10只健康成年白化小鼠的精子样本为对象，通过计算机辅助精子分析系统评估精子运动参数，采用染色法（如台盼蓝拒染法）检测精子存活率，使用精子染色质结构分析法（SCSA）或末端标记法（TUNEL）等技术评估DNA碎片指数（DFI）。在氧化应激方面，则通过比色法等生化手段检测了总抗氧化能力（TAC）、总氧化状态（TOS）、脂质过氧化产物（如丙二醛MDA）和蛋白质羰基含量，并分析了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和谷胱甘肽还原酶（GR）等关键抗氧化酶的活性。

主要结果

精子运动参数与存活率

研究结果显示，与使用商业冷冻保护剂的对照组相比，添加了Zn/Cu-HAp、GSH和棉子糖的联合处理组（H+GSH+R）在冻融后表现出显著更高的精子前向运动活力（P < 0.05）。同时，该组的精子死亡率也显著降低（P < 0.01）。这表明，复合配方能有效维持精子细胞膜和鞭毛动力装置的完整性，从而在解冻后保留更强的运动能力。

DNA完整性

在评估遗传物质保护方面，H+GSH+R组取得了尤为突出的效果。其精子DNA碎片率极显著地低于对照组（P = 0.0001）。这强烈提示，Zn/Cu-HAp纳米颗粒可能通过吸附或螯合作用减少ROS对DNA的直接攻击，而GSH和棉子糖的协同保护进一步巩固了细胞核的稳定性，这对于保证后代健康至关重要。

氧化应激生物标志物

在氧化应激水平上，复合配方展现出强大的抗氧化效能。在冷冻前，H+GSH+R组的精子样本总抗氧化能力（TAC）就已有显著提升（P = 0.002），为应对后续的冷冻应激储备了充足的抗氧化资源。冻融后，该组的总氧化状态（TOS）指标被极显著地抑制（P < 0.0001）。具体到损伤产物，代表膜脂质过氧化程度的MDA水平和代表蛋白质氧化损伤的羰基含量，在H+GSH+R组均显著下降（P < 0.01）。

抗氧化酶系统

研究人员进一步检测了精子内源性抗氧化酶的活性。发现H+GSH+R处理能够显著增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）和谷胱甘肽还原酶（GR）的活性。这表明该复合配方不仅直接提供抗氧化物质（如GSH），还可能通过Zn、Cu等微量元素（作为这些酶的辅基）激活了精子自身的抗氧化防御系统，形成了多层次的协同保护网络。

研究结论与意义

本研究的结论明确：锌铜掺杂羟基磷灰石（Zn/Cu-HAp）与谷胱甘肽（GSH）和棉子糖（Raffinose）组成的复合冷冻保护剂，能够通过增强精子的总抗氧化能力（TAC）、抑制氧化应激水平（TOS）、减轻脂质和蛋白质氧化损伤，并激活内源性抗氧化酶系统（SOD, CAT, GPX, GR），从而有效保护精子在冷冻-解冻过程中的活力、存活率和DNA完整性。

这项研究的重要意义在于：首先，它提出了一种多靶点、协同作用的精子冷冻保护新策略，将纳米材料的物理保护特性与生物分子的生化保护功能有机结合。其次，研究结果从精子运动功能、细胞膜完整性、遗传物质稳定性到分子水平的氧化损伤，提供了全面且有力的证据链，证实了该配方的优越性。最后，该配方成分明确，效果显著，为优化现有辅助生殖技术中的精子库保存方案、提高冻融精子质量乃至提升临床妊娠成功率，提供了极具潜力的技术储备和理论依据，具有重要的转化应用前景。