乳酸通过抑制糖酵解调控公牛精子运动模式：从Z字形运动到线性运动的代谢转换机制

这篇研究揭示了乳酸在公牛精子代谢中的双重作用：作为能量底物通过氧化磷酸化（OXPHOS）维持线性运动，同时通过抑制糖酵解（Glycolysis）调控葡萄糖诱导的Z字形运动。研究发现乳酸剂量依赖性地降低精子曲线速度（VCL）和侧摆幅度（ALH），提升线粒体膜电位（MMP）和氧耗率（OCR），并抑制顶体过早反应，为优化精子保存技术和辅助生殖（ART）提供了新思路。

　　

摘要

研究聚焦乳酸与葡萄糖代谢互作对公牛精子运动模式和功能的影响。通过计算机辅助精子分析（CASA）、流式细胞术和细胞能量代谢分析，揭示了乳酸通过抑制糖酵解、增强OXPHOS，促使精子从葡萄糖诱导的Z字形运动（高VCL、ALH）转变为线性运动（高VSL、LIN），同时维持顶体完整性，为精子在雌性生殖道中的定向运输提供代谢基础。

材料与方法

实验采用日本黑牛新鲜精液，在无能量、葡萄糖（2.8 mM）、乳酸（23.6 mM）及其组合的改良人输卵管液（mHTF）中孵育。通过JC-1染色评估线粒体膜电位（MMP），Seahorse分析仪检测氧耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR），荧光标记葡萄糖示踪技术定位糖摄取区域，并结合花生凝集素（PNA-FITC）检测顶体反应。

结果

葡萄糖诱导Z字形运动，乳酸促进线性运动

葡萄糖组精子呈现高VCL（230.46 μm/s）和ALH（8.65 μm），而乳酸组VSL和LIN显著升高。乳酸剂量依赖性（1%-100%）抑制葡萄糖的促Z字形运动效应，23.6 mM乳酸使高VCL精子比例降低40%。

乳酸增强OXPHOS并抑制糖酵解

葡萄糖+乳酸组OCR较单用葡萄糖提升1.5倍，ECAR下降30%。乳酸抑制精子中段和尾部的葡萄糖摄取，使糖酵解产物减少，ATP-Red荧光强度集中于中段线粒体区域。

乳酸维持顶体完整性

葡萄糖组顶体反应率较乳酸组高2倍，而葡萄糖+乳酸组反应率降低50%，表明乳酸通过代谢转换延缓顶体过早反应。

讨论

乳酸通过“乳酸穿梭”机制调控精子代谢：作为TCA循环底物提升OXPHOS，同时通过NADH/NAD⁺比率抑制GAPDH活性，减少糖酵解通量。这种代谢可塑性使精子在雌性生殖道不同区段（子宫低糖高乳酸 vs. 输卵管高糖）适应环境变化，避免过早顶体反应，提升受精成功率。研究为优化精子冷冻保存液（如添加乳酸）和体外受精（IVF）培养体系提供了理论依据。

结论

乳酸不仅是能量底物，更是公牛精子代谢的调控者。其双重作用——通过OXPHOS维持线性运动及通过抑制糖酵解保护顶体完整性，为改善精子保存技术和辅助生殖结局开辟了新途径。未来需进一步解析乳酸转运体（MCTs）在精子中的表达及表观遗传调控机制。