红鼻鼠（Wiedomys pyrrhorhinos）附睾转运过程中精子形态与功能的区域变化：揭示早期功能成熟特征

《Reproductive Biology》：Regional changes in sperm morphology and function during epididymal transit reveal early functional maturation in the red-nosed rat ( Wiedomys pyrrhorhinos)

　　

摘要专业翻译 在新热带啮齿动物中，红鼻鼠（Wiedomys pyrrhorhinos）（Wied-Neuwied, 1821）是一种西格莫顿鼠科（sigmodontine cricetid）动物，其分布局限于卡廷加（Caatinga）生物群系的气候地貌域。尽管该物种被认为是该生物群系的特有种，但其分布具有异质性，种群密度受多种生物地理因素影响，包括植被类型、地质构造、降雨模式和食物可获得性。此外，栖息地破碎化已导致该物种地理分布的不连续性。与其他小型哺乳动物一样，红鼻鼠通过捕食和传播种子、幼苗及丛枝菌根真菌发挥重要的生态作用，为生态系统功能和营养平衡做出贡献。由于其对环境变化的敏感性，其种群动态也可作为栖息地质量和生态系统完整性的指标。 新热带哺乳动物区系日益受到不可持续人为活动导致的栖息地退化的威胁，造成栖息地丧失、破碎化和气候相关干扰。这些压力可能导致种群下降、局部灭绝和生态系统同质化，这些情景已被预测将发生在Wiedomys属物种中。尽管具有生态重要性，卡廷加仍是巴西研究最少的生物群系之一，关于其许多特有物种（包括W. pyrrhorhinos）的生态学、生理学和繁殖生物学的知识仍存在显著空白。这些局限性阻碍了有效保护和管理策略的制定。 为弥补这些知识空白，越来越多的关注已转向理解卡廷加本地物种的生物学。在啮齿动物中，繁殖特征描述已被证明特别有价值，因为它为辅助生殖技术和种质资源保护项目的发展提供了生物学基础。在红臀刺豚鼠（Dasyprocta spp.）——一种原产于同一生物群系的啮齿动物中，Dantas等研究人员成功应用切片技术回收附睾精子，而常规精液采集不可行。该方法使研究人员能够表征附睾成熟过程中发生的形态功能变化，这一过程涉及影响精子大小、形态、染色质组织和功能能力的连续生化和结构修饰。所得知识随后支持了该物种精子冷冻保存方案的发展。 同样，全面理解W. pyrrhorhinos的生殖生理学对于建立未来的保护策略至关重要。然而，关于该物种的研究仍然稀少，其生殖生物学的基本方面仍然未知。特别是，Wiedomys属的精子形态和附睾成熟模式尚未被描述。此类信息可能为生殖生物学和该特有啮齿动物未来保护工具的发展提供有价值的见解。因此，本研究旨在表征Wiedomys pyrrhorhinos精子在附睾转运过程中发生的形态功能变化，识别该物种的成熟模式，并评估结构和功能精子属性在附睾管不同区域沿程的获得方式。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

红鼻鼠（Wiedomys pyrrhorhinos）是一种分布于巴西卡廷加（Caatinga）生物群系的新热带特有啮齿动物，属于西格莫顿鼠亚科（sigmodontine cricetid）。该物种的分布受植被类型、地质构造、降雨模式和食物可获得性等多种生物地理因素影响，且栖息地破碎化已造成其地理分布的不连续性。作为小型哺乳动物，红鼻鼠通过种子、幼苗和丛枝菌根真菌的捕食与传播发挥重要生态作用，其种群动态可作为栖息地质量和生态系统完整性的指示指标。

然而，卡廷加是巴西研究最少的生物群系之一，该地区许多特有物种的生态学、生理学和繁殖生物学知识仍存在显著空白。新热带哺乳动物区系正日益受到不可持续人为活动导致的栖息地退化威胁，这些压力可能导致种群下降和局部灭绝。尽管红鼻鼠具有生态重要性，但其生殖生物学的基本方面仍属未知，特别是Wiedomys属的精子形态和附睾成熟模式此前从未被描述。此类信息的缺乏严重制约了该物种辅助生殖技术开发和种质资源保护项目的建立。因此，本研究旨在首次系统表征红鼻鼠精子在附睾转运过程中发生的形态功能变化，识别该物种特有的精子成熟模式，为未来保护策略的制定提供基础数据。

二、研究设计与技术方法

本研究经巴西半干旱联邦大学动物伦理委员会批准（CEUA/UFERSA No. 37/2025），并获得巴西生物多样性保护研究所授权（ICMBio/SISBIO No. 84083-1）。研究使用来自CEMAS/UFERSA科学繁殖中心的8只成年雄性红鼻鼠（体重41.7±4.2 g，年龄6.3±0.9个月），实验采集于2023年6月至8月（卡廷加旱季）及2025年4月至8月（雨季向旱季过渡期）进行。研究人员采用的主要技术方法包括：切片法（slicing technique）回收附睾精子；计算机辅助精子分析系统（CASA）评估精子运动参数；甲苯胺蓝染色评估染色质完整性；Hoechst 33342与碘化丙啶双荧光染色评估精子活力；低渗肿胀试验（HOST）评估精子膜功能性；玫瑰红染色进行精子形态学评估；ImageJ软件进行精子形态计量学分析；扫描电子显微镜（SEM）进行超微结构观察。统计分析采用线性混合效应模型（重复测量设计）及Friedman检验，显著性水平设定为P<0.05。

三、研究结果

3.1 精子评估

研究结果显示，附睾不同区域在回收体积、精子浓度和精子总数方面存在显著差异。附睾体部回收体积低于头部和尾部，尾部精子浓度最高（138.8±31.8×10? sperm/mL），回收精子总数达28.5±9.0×10?。染色质完整性沿附睾转运呈渐进性改善，头部为63.0±4.5%，体部为84.9±3.9%，尾部达92.1±2.2%，差异显著。然而，精子活力在各区域间无显著差异（44.4-52.1%），表明精子活力在附睾近端区域已趋于稳定。膜功能性方面，尾部精子在低渗肿胀试验中的反应率显著高于头部和体部（80.1±2.8% vs 50.9±1.7%和45.4±4.4%），表明膜功能性在附睾转运过程中持续获得。

3.2 精子运动参数

CASA分析显示，虽然尾部精子的总活力（85.3±3.2%）和前进活力（29.0±4.9%）在描述性数值上高于头部和体部，但各附睾区域间在总活力、前进活力及所有轨迹参数（VAP、VSL、VCL、ALH、BCF、STR、LIN）方面均无统计学显著差异。精子亚群分析同样显示，尾部快速精子比例和静止精子比例虽有变化趋势，但未达显著水平。这一结果表明，红鼻鼠精子运动能力在附睾近端区域已基本建立。

3.3 形态学与形态计量学分析

形态学评估显示，正常精子比例沿附睾管呈增加趋势，尾部显著高于头部和体部（93.8±0.9% vs 89.1±1.0%和88.9±1.2%）。最常见的精子异常包括断头、尾部折叠和胞质滴。形态计量学分析显示，精子头长和头宽沿附睾头部-体部-尾部方向呈渐进性减小（头长：7.90→7.34 μm；头宽：4.11→3.65 μm），中段长度在尾部显著缩短（18.75 μm），精子总长度在尾部显著减少（94.11 μm），而尾部长度在头部和尾部间保持恒定。

3.4 扫描电子显微镜超微结构分析

SEM分析提供了红鼻鼠精子形态的详细超微结构可视化，确认了钩状顶体、表面光滑的卵圆形头部、头部-中段连接装置、精子颈部缩窄（略偏侧植入头部）以及由纤维鞘包绕的中段等结构特征。此外还观察到中段区域存在胞质滴的精子以及精子头、中段和尾部的整体形态。

四、讨论与结论

讨论部分指出，本研究首次提供了红鼻鼠附睾精子成熟的全面表征，揭示了一种与大多数哺乳动物报道不同的独特成熟模式。与多数物种精子功能属性在附睾转运后期才获得不同，红鼻鼠精子的活力和运动能力在附睾近端区域已可检测到。然而，染色质完整性、膜功能性和形态质量沿附睾转运呈渐进性改善。精子头部的渐进性缩小与染色质浓缩现象相关，这与观察到的染色质完整性增加一致，有助于改善精子的流体动力学特性。精子形态特征与仓鼠（Cricetus cricetus和Mesocricetus auratus）及Goldman侏儒林鼠（Nelsonia goldmani）最为接近，支持了精子形态学作为鼠科（Muroidea）系统分类和进化研究工具的价值。

研究结论表明，红鼻鼠精子在附睾转运过程中经历渐进性成熟，但结构和功能参数的获得发生在附睾转运的不同阶段。该物种精子的活力和运动能力在附睾近端区域已建立，而染色质完整性、膜功能性和形态质量则在转运过程中持续改善。这些发现拓宽了对新热带啮齿动物生殖生理学的理解，为该研究较少的物种建立了基础生殖参数，为未来辅助生殖技术开发、种质资源库建设和保护项目的实施提供了重要的科学依据。