基于Orbitrap Astral DIA-MS技术的人类精子蛋白质组全景图谱构建及弱精症分子机制解析

本研究针对男性不育症中弱精症(asthenozoospermia)的分子机制不明问题，采用数据非依赖采集(DIA)技术结合Orbitrap Astral质谱系统，构建了迄今最全面的人类精子蛋白质组表达谱(涵盖9,309种蛋白质)，发现1,493个差异表达蛋白，揭示弱精症精子中生殖细胞特征保留与IL2-STAT5等信号通路异常的关键机制，为男性不育诊断提供新靶点。

　　

男性不育已成为21世纪第三大疾病，全球约7%男性受其困扰，其中弱精症(asthenozoospermia)是主要类型之一。传统精液分析仅能评估精子形态和运动能力，而隐藏在精子内部的蛋白质调控网络如同"分子黑箱"，使得近半数不育病例无法明确病因。随着辅助生殖技术(ART)的发展，试管婴儿成功率仍徘徊在30-40%，究其根源，精子蛋白质组的异常可能是导致受精失败的关键因素。

为揭开这个黑箱，Ran Kong等研究团队在《Scientific Data》发表了突破性研究。他们采用数据非依赖采集(DIA)这项革命性质谱技术，结合最新Orbitrap Astral质谱仪的超高分辨性能，犹如为精子蛋白质组拍摄"超清全景照片"。这项技术通过系统性地将质谱扫描范围划分为多个窗口，确保无偏见地捕获所有前体离子信息，相比传统方法将数据缺失率降低60%，特别适合低丰度蛋白质检测。

研究团队收集了47例临床样本(24例正常对照和23例弱精症患者)，创新性地比较了T-PER和尿素辅助超声(UA)两种蛋白提取方法。通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析，建立了包含9,309种蛋白质、198,153个独特前体的超级数据库，覆盖了人类蛋白质组45.6%的已知蛋白，远超既往研究记录的6,198种精子蛋白。

Proteomic profiling of human spermatozoa

研究发现UA裂解缓冲液比T-PER多提取30%的蛋白质，其中弱精症组鉴定到1,493个差异表达蛋白(DEPs)。主成分分析(PCA)显示正常与弱精症样本完全分离，表明蛋白质组特征具有疾病特异性。

Proteomic characteristics of human spermatozoa

定量分析揭示弱精症精子存在独特的分子特征：正常精子富含细胞骨架动态和信号转导相关蛋白，而弱精症精子则异常保留生殖细胞特征，如RNA剪接和微管运输相关蛋白高表达。

Pathway and functional enrichment analysis

KEGG分析发现DEPs显著富集在IL2-STAT5信号通路和精子发生相关通路。GSEA证实HALLMARK_SPERMATOGENESIS和HALLMARK_E2F_TARGETS等特征基因集异常激活，而ATRN、TNNC1下调与PIAS2上调构成弱精症特征性分子标签。

GSEA results and biomarker identification

热图分析显示弱精症存在协调的细胞周期和免疫调节紊乱，G2/M期标志物与炎症介质异常表达，而淋巴细胞活化通路受抑制，这些发现为理解精子运动障碍提供了新视角。

这项研究建立了精子蛋白质组分析的黄金标准，其重要意义体现在三方面：首先，9,309种蛋白质的鉴定规模刷新了人类精子蛋白质组的认知边界；其次，发现弱精症精子存在"发育阻滞"现象——即成熟不全的精子异常保留生殖细胞特征；最后，IL2-STAT5等信号通路的异常为男性不育诊断提供了全新分子靶点。北京大学第三医院团队开发的这套标准化流程，从样本制备到DIA定量，将成为生殖医学研究的标杆方法。该数据集已存入ProteomeXchange联盟(PXD061698)，为全球研究者探索生命起源的分子密码提供了宝贵资源。