山羊精子冷冻保存中铁死亡是程序性细胞死亡的主要形式

本研究为解决精子冷冻损伤中氧化应激诱导的细胞死亡机制问题，研究人员通过代谢组学分析和抑制剂实验，首次揭示山羊精子冷冻过程中铁死亡(Ferroptosis)是程序性细胞死亡(RCD)的主要形式。研究发现冷冻解冻后精子中溶血磷脂(Lyso-PLs)显著增加，铁死亡抑制剂(Lip-1/Fer-1/DFO)能显著改善精子活力和膜完整性，而凋亡抑制剂(Z-VAD)效果有限。该成果为优化精子冷冻方案提供了新靶点，发表于《Journal of Animal Science and Biotechnology》。

　　

在生殖生物学领域，精子冷冻保存技术是种质资源保存和人工授精的关键环节。然而令人困扰的是，即便采用最先进的冷冻方法，仍有40%-50%的精子无法存活，幸存者也常伴有生理功能损伤。这种"精子冷冻损伤"现象已成为制约生殖技术发展的瓶颈。传统观点认为氧化应激导致的凋亡是主要诱因，但令人费解的是，凋亡抑制剂对冷冻精子的保护效果始终不尽如人意。这一矛盾现象暗示着：在精子冷冻损伤的复杂机制中，可能隐藏着更关键的细胞死亡途径。

内蒙古农业大学的研究团队独辟蹊径，以内蒙古绒山羊为模型，开展了一项突破性研究。通过非靶向代谢组学、流式细胞术等多维度分析，研究人员首次揭示铁死亡(Ferroptosis)才是山羊精子冷冻损伤过程中程序性细胞死亡(RCD)的主要形式。这项颠覆性发现不仅解开了冷冻精子存活率低的理论谜团，更为优化冷冻方案提供了全新视角。相关成果已发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》上。

研究采用了几项关键技术：非靶向代谢组学分析比较新鲜与冻融精子的代谢差异；通过添加不同浓度铁死亡抑制剂(Lip-1/Fer-1/DFO)和凋亡抑制剂(Z-VAD)评估保护效果；利用流式细胞术检测精子膜完整性、顶体状态及RCD比例；采用特异性荧光探针定量ROS、脂质过氧化和Fe²⁺水平；通过抗体标记分析TFRC、CL-caspase3等关键蛋白表达。所有实验均使用来自5只健康2岁内蒙古绒山羊的混合精液样本，设置6次生物学重复。

非靶向代谢组学揭示铁死亡与精子冷冻损伤的关联

代谢组学检测到637种代谢物，其中脂质类占比最高(231种)。冷冻解冻后精子中溶血磷脂(Lyso-PLs)显著增加，这类物质正是铁死亡的标志性代谢产物。OPLS-DA分析显示冻融前后代谢谱差异显著，发现162个差异代谢物，包括84个上调和78个下调物种。

铁死亡抑制剂显著改善精子质量

三种铁死亡抑制剂(2μmol/L DFO、2μmol/L Fer-1和5μmol/L Lip-1)使精子总活力(TM)从对照组的32.6%提升至46.1-54.2%，而凋亡抑制剂Z-VAD仅轻微改善至40.1%。流式检测显示铁死亡抑制剂组的膜完整率(65.8-72.3%)显著高于凋亡抑制剂组(51.2%)和对照组(45.5%)，顶体完整率也呈现相同趋势。

铁死亡标志物表达特征

冻融后存活精子中TFRC阳性率从47.8%升至71.5%，死亡精子中更高达82.5%。而凋亡标志物CL-caspase3在存活精子中阳性率保持稳定(14.6% vs 11.9%)，在死亡精子中反而降至4.3%。GPX4在存活精子中的阳性率从92.9%降至54.5%，提示其可能通过补偿机制抵抗铁死亡。铁蛋白重链(FTH1)在存活精子中阳性率为60.4%，显著高于死亡精子的11.9%，表明铁代谢紊乱是铁死亡的关键诱因。

这项研究首次证实铁死亡是山羊精子冷冻损伤中RCD的主要形式，突破了传统认知。发现具有三重意义：理论层面揭示了冷冻损伤的新机制；方法学上建立了Lyso-PLs作为铁死亡标志物的检测体系；应用方面为开发含铁死亡抑制剂的冷冻保护剂提供了靶点。特别是TFRC和FTH1的表达模式，为评估精子冷冻耐受性提供了新指标。研究还解释了为何传统抗氧化剂(如α-生育酚)能改善冷冻效果——它们恰好也是铁死亡抑制剂。这些发现将推动冷冻保存技术从经验性摸索向机制指导的精准优化转变，对家畜育种和人类辅助生殖都具有重要价值。