《Frontiers in Endocrinology》：A modular, mechanism-informed biomarker panel for asthenozoospermia based on integrative sperm proteomics
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摘要
引言：弱精子症（Asthenozoospermia, AZS）以精子活力降低为特征，是男性不育的主要原因。针对AZS与正常精子症（Normozoospermia, NZS）男性的比较精子蛋白质组学研究已报道了差异蛋白表达；然而，其生物学解释仍较为零散，
摘要
引言：弱精子症（Asthenozoospermia, AZS）以精子活力降低为特征，是男性不育的主要原因。针对AZS与正常精子症（Normozoospermia, NZS）男性的比较精子蛋白质组学研究已报道了差异蛋白表达；然而，其生物学解释仍较为零散，且主要集中于单个蛋白质水平。方法：研究人员采用基于两步重复性的策略，对16个独立的人类精子蛋白质组学数据集进行了整合分析，以识别稳健的AZS相关分子特征。至少在两项独立研究中报道的差异表达蛋白（Differentially Expressed Proteins, DEPs）被视为重复性蛋白，并进行了Gene Ontology、KEGG、Reactome和人类表型本体论（Human Phenotype Ontology, HPO）富集分析。在每种调控方向（上调和下调）中，重复性最高的DEPs被进一步筛选为核心DEPs，并通过蛋白质-蛋白质相互作用网络分析进行解析。结果：在2,459个非冗余DEPs中，701个蛋白（在AZS中259个上调，442个下调）在不同研究中被重复识别，约占所有报道蛋白的29%。重复性上调蛋白主要与蛋白质稳态（proteostasis）相关过程、RNA相关通路、囊泡介导的转运以及细胞外精浆组分相关，而重复性下调蛋白则与线粒体能量代谢和鞭毛结构相关。对核心DEPs（整合上调和下调蛋白集）的蛋白质-蛋白质相互作用网络分析揭示了跨越精子区室的四个保守功能模块：结构模块、代谢模块、囊泡转运模块和细胞外模块。讨论：这些发现表明，AZS中的分子改变在功能模块水平上汇聚，而非代表孤立的蛋白质水平失调。这种模块化架构定义了一个机制知情型生物标志物组合，能够捕获AZS的关键过程，有助于调和不同研究间的差异，并为基于分子基础的诊断以及未来通过多组学和人工智能方法的验证提供了框架。
**论文解读：基于整合精子蛋白质组学的弱精子症模块化生物标志物组合研究**
**一、研究背景与意义**
不孕症影响全球约10%的夫妇，其中男性因素约占50%。弱精子症（Asthenozoospermia, AZS）以精子活力降低为特征（定义为前向运动精子<32%和/或总活力<40%），影响约40-50%的不育男性。目前，AZS的临床管理主要依赖卵胞浆内单精子注射（Intracytoplasmic Sperm Injection, ICSI）技术，该技术虽能实现受精和早期胚胎发育，但并未解决潜在的分子缺陷，且可能增加遗传和表观遗传异常传递的风险。因此，深入理解AZS的分子机制，实现从表型诊断向机制知情型策略的转变具有重要意义。
成熟精子因蛋白质合成能力有限，其功能主要依赖于预先建立的蛋白质组，这使得精子蛋白质组分析成为研究AZS分子基础的理想手段。尽管已有多个研究团队开展了AZS与正常精子症（Normozoospermia, NZS）的精子蛋白质组比较研究，但结果多为孤立的蛋白列表，生物学解释零散且集中于个别蛋白，缺乏系统整合。
**二、研究内容与主要结论**
研究人员对16个独立的人类精子蛋白质组学数据集进行了整合分析，采用基于重复性的策略，即在至少两项独立研究中被报道的差异表达蛋白（Differentially Expressed Proteins, DEPs）被视为重复性蛋白。在2,459个非冗余DEPs中，701个蛋白（259个上调，442个下调）被重复识别，占所有报道蛋白的28.5%。功能富集分析显示，重复性上调蛋白主要涉及蛋白质稳态、RNA相关通路、囊泡介导转运及细胞外精浆组分；重复性下调蛋白则与线粒体能量代谢和鞭毛结构相关。蛋白质-蛋白质相互作用（Protein-Protein Interaction, PPI）网络分析进一步揭示了四个保守的功能模块：结构模块、代谢模块、囊泡转运模块和细胞外模块。该模块化架构为AZS提供了一个机制知情型生物标志物组合，有助于调和不同研究间的差异。该研究发表在《Frontiers in Endocrinology》。
**三、关键技术与方法**
本研究主要采用以下关键技术方法：
1. 文献系统检索与数据集筛选：于2025年7月在NCBI PubMed和EMBL-EBI PRIDE数据库进行结构化检索，纳入16项符合标准的AZS vs NZS比较蛋白质组学研究。
2. 数据提取与标准化整合：手工提取蛋白数据，通过UniProt登录号、蛋白名称和基因符号进行标准化整合，建立非冗余数据集。
3. 功能富集分析：利用ToppFun工具进行Gene Ontology（GO）富集分析，Reactome Pathway Browser进行通路过表达分析（ORA），g:Profiler进行KEGG和HPO补充分析，均采用Benjamini-Hochberg FDR校正。
4. 蛋白质-蛋白质相互作用网络分析：使用STRING数据库（版本12）构建核心蛋白的PPI网络，并进行扩展网络分析。
**四、研究结果**
**1. 重复性上调蛋白的功能特征**
259个重复性上调蛋白（占所有上调蛋白的20.7%）的GO富集分析显示，分子功能方面显著富集ATP依赖性蛋白折叠、未折叠蛋白结合及核苷酸结合/ATP水解相关条目；生物学过程主要涉及蛋白质折叠与成熟、细胞内转运和RNA加工（特别是mRNA剪接）；细胞组分方面富集于囊泡相关区室、伴侣复合物和核糖核蛋白组装体。KEGG分析显示内质网蛋白加工、剪接体、核质转运、氨酰tRNA生物合成和蛋白酶体功能通路显著富集。Reactome分析显示蛋白质代谢、应激反应、RNA代谢、翻译和mRNA剪接相关通路富集。核心上调蛋白（≥4项研究报道）包括RAB1A、SEMG1、ACP3、CLTC、CLU、LPL、SCPEP1、TKTL2、USO1和VARS1，PPI网络分析揭示两个主要簇：囊泡转运相关簇（RAB1A、CLTC、USO1）和精浆相关簇（SEMG1、ACP3、CLU、LPL）。
**2. 重复性下调蛋白的功能特征**
442个重复性下调蛋白（占所有下调蛋白的30.6%）的GO富集分析显示，分子功能显著富集电子转移和氧化还原酶活性；生物学过程主要涉及纤毛和鞭毛依赖性细胞运动、精子运动及精子发生相关过程；细胞组分方面富集于运动纤毛和轴丝结构及线粒体区室。KEGG分析显示碳代谢、氧化磷酸化、柠檬酸循环（TCA循环）等代谢通路显著富集。HPO富集显示酸稳态异常、线粒体异常、男性生育力下降和精子活力异常等表型条目。核心下调蛋白（≥5项研究报道）包括PARK7、ODF2、ACRBP、CA2、FHL1、GOT1、GPI、TEKT1和ZPBP。PPI网络分析显示中心模块包含ODF2、ODF1、TEKT4、ROPN1、ZPBP和ACRBP等精子结构组分。
**3. 整合功能网络分析**
对核心上调与下调蛋白的合并PPI网络分析显示，网络自然分离为四个主要簇：以GPI为中心的代谢簇（含GOT1、PGAM1、TKTL2、PARK7和CA2）；囊泡转运簇（含RAB1A、USO1、CLTC和RAB6D）；精浆/细胞外簇（含SEMG1、SEMG2、ACP3、CLU、LPL和APOC2）；以及位于网络边缘的结构组分（含TEKT1、ODF2、FHL1、VARS1、SCPEP1、ZPBP和ACRBP），主要对应精子鞭毛或头部结构。
**五、讨论与结论**
研究人员指出，AZS的分子改变在功能模块水平上汇聚，而非孤立的蛋白质失调。囊泡介导的转运/蛋白质稳态模块提示细胞内转运通路紊乱与蛋白质稳态失衡相关，这一过程常与男性不育中的氧化应激相关。线粒体代谢模块包含参与氧化磷酸化和中间代谢的酶，表明能量产生受损和代谢失衡。结构模块包含鞭毛和头部结构相关蛋白，证实细胞骨架和鞭毛组织是精子活力的协调结构特征。细胞外模块包含精浆相关蛋白，提示AZS相关改变不仅限于精子内在缺陷，还包括调节精子功能的细胞外环境失调。
研究人员提出，该模块化框架的价值在于功能模块本身的失调，而非特定蛋白质的鉴定，因为不同蛋白改变可能汇聚于相同的失调过程。该生物标志物组合并非替代常规精液分析，而是为患者分层提供生物学依据，根据每位患者最受影响的功能特征进行分类。未来，高分辨率蛋白质组学数据的持续产生将促进多组学和人工智能驱动方法在男性不育机制知情诊断和个性化管理中的应用。
