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研究人员为探究精子发生机制及男性不育病因，开展 BAG5 相关研究，发现其影响精子发生，或可作男性不育预后生物标志物。
在男性生育的神秘领域中，精子的产生过程犹如一场精密而复杂的 “生命之舞”。精子发生（spermatogenesis）是男性生殖的核心环节，它从 diploid 的精原细胞开始，历经有丝分裂、减数分裂，最终到精子形成（spermiogenesis），产生 haploid 的精子。在精子形成阶段，精子需要经历剧烈的形态变化和基因调控，其中染色质重塑（chromatin remodeling）至关重要，它就像一场精心编排的 “分子戏剧”，涉及核心组蛋白的乙酰化、过渡蛋白（TNPs）和鱼精蛋白（PRMs）的有序替换，这些过程紧密协作，确保精子染色质的结构重塑，为新生命的诞生奠定基础。
然而，这场 “生命之舞” 中仍有许多未知的谜团。尽管组蛋白向鱼精蛋白的转变在精子发生中起着关键作用，但我们对其具体的调控机制却知之甚少。许多男性不育问题，如非梗阻性无精子症（non - obstructive azoospermia）和少弱精子症（oligoasthenospermia），背后的遗传和分子机制依旧模糊不清，这不仅给众多渴望生育的家庭带来了沉重的打击，也成为生殖医学领域亟待攻克的难题。
为了揭开这些谜团，来自中山大学附属第五医院妇产科围产医学中心、武汉大学中南医院生殖医学中心等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们将目光聚焦于 Bcl - 2 相关 athanogene - 5（BAG5），深入探究其在精子发生过程中的神秘角色。研究成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上，为我们理解男性不育的发病机制带来了新的曙光。
在这项研究中，研究人员运用了多种先进的技术方法。他们从 GEO 数据库筛选分析数据，利用 Male Health Atlas 单细胞测序数据库分析基因表达差异。通过对 6 名不育男性和 6 名健康供体的睾丸活检样本进行研究，获取了宝贵的临床样本资源。同时，构建了 Bag5 基因敲除（Bag5-/-）小鼠模型，运用 CRISPR - Cas9 技术精准敲除小鼠的 Bag5 基因。还借助 RNA 测序（RNA - seq）、免疫沉淀（IP） - 质谱（MS）分析、免疫荧光染色、蛋白质免疫印迹（Western blot）等技术，从基因、蛋白等多个层面深入剖析 BAG5 的功能机制。
研究结果表明，BAG5 是精子发生的重要调节因子。研究人员重新分析 GEO 数据库数据发现，与正常男性相比，畸形精子症患者的 Bag5 表达显著降低。通过多个数据库分析发现，BAG5 在人及小鼠睾丸中特异性高表达，且在小鼠精子发生的中后期，即从粗线期精母细胞到精子细胞阶段，表达量逐渐升高并达到峰值。
为了进一步验证 BAG5 的功能，研究人员构建了 Bag5 基因敲除小鼠模型。结果显示，Bag5-/-雄性小鼠在连续 6 个月的繁殖实验中表现为不育。组织学分析发现，其睾丸大小和重量在 12 周龄时明显减小，睾丸生精小管中的生殖细胞数量减少，成熟精子数量大幅下降，附睾尾精子数量和活力也显著降低。深入研究发现，Bag5 缺失导致生殖细胞凋亡增加，抗凋亡因子 BCL - 2 的表达明显降低，TUNEL 阳性生殖细胞数量增多。
在精子形态方面，Bag5-/-小鼠的精子头部出现严重畸形，DNA 浓缩异常。通过特殊的精子核 DNA 染色技术和电子显微镜观察发现，其精子头部 DNA 凝聚程度明显低于正常小鼠，呈现出分散的状态，同时部分精子的 9 + 2 微管结构也出现异常。这表明 BAG5 缺失可能破坏了鱼精蛋白对组蛋白的替代过程，影响了精子头部 DNA 的高度有序排列和紧密压缩，进而导致精子形态和功能缺陷。
在精子发生的关键阶段，原核蛋白的沉积对精子染色质的正确包装至关重要。研究人员通过免疫荧光染色和 Western blot 分析发现，Bag5-/-小鼠睾丸中 TNPs 和 PRMs 的表达和定位均出现异常，组蛋白 H3 的表达和定位则显著增加。这意味着 BAG5 缺失导致了精子中基本核蛋白的替换受损，TNPs 和 PRMs 的缺乏使得精子染色质无法正常重塑和凝聚。
为了探究 BAG5 影响精子发生的分子机制，研究人员进行了 RNA 测序和 IP - MS 分析。结果发现，Bag5-/-小鼠睾丸中 Hspa2 的表达显著下降，且 BAG5 与 HSPA2 存在相互作用。COIP 实验进一步证实了这一结果，结构分析表明 BAG5 通过多个氨基酸残基和疏水序列与 HSPA2 结合。HSPA2 是睾丸特异性的 HSP70 家族成员，对精子发生和过渡蛋白转录至关重要。BAG5 缺失导致 HSPA2 表达降低，进而影响了精子发生过程，导致生殖细胞凋亡、核蛋白沉积异常和精子形态畸形。
此外，研究人员对非梗阻性无精子症和少弱精子症患者的睾丸活检样本进行分析，发现患者睾丸组织中 BAG5 的表达和定位均显著降低，Bag5 mRNA 水平也明显下降。这表明 BAG5 的缺乏与这些男性不育疾病密切相关，暗示 BAG5 可能是男性不育的一个潜在预后生物标志物。
综上所述，该研究揭示了 BAG5 在精子发生过程中的关键作用机制。BAG5 通过与 HSPA2 相互作用，影响生殖细胞的存活、原核蛋白的沉积和染色质的凝聚，对精子发生的多个步骤至关重要。Bag5 基因敲除会导致雄性生殖细胞凋亡，破坏染色质上基本核蛋白的沉积，抑制 TNPs 和 PRMs 的表达，最终引发严重的精子头部畸形和 9 + 2 微管结构紊乱，导致男性不育。BAG5 表达的降低与非梗阻性无精子症和少弱精子症密切相关，为男性不育的诊断和治疗提供了新的潜在靶点和生物标志物。这一研究成果不仅为深入理解精子发生的分子机制提供了重要线索，也为未来开发针对男性不育的精准诊断和治疗策略奠定了坚实的理论基础，有望为众多饱受男性不育困扰的家庭带来新的希望。
