《Theriogenology》：Glycine improves boar sperm linear motility by promoting heme biosynthesis to regulate mitochondrial energy metabolism
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摘要公猪精子在孵育过程中容易发生功能性退化，通常表现为运动能力下降、线粒体功能障碍和腺苷三磷酸（ATP）生成不足。本研究探讨了甘氨酸补充是否通过5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）/血红素相关的线粒体途径增强线粒体能量代谢，从而改善公猪精子的前向运动和直线运动能力。将公猪精子样本与
摘要
公猪精子在孵育过程中容易发生功能性退化，通常表现为运动能力下降、线粒体功能障碍和腺苷三磷酸（ATP）生成不足。本研究探讨了甘氨酸补充是否通过5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）/血红素相关的线粒体途径增强线粒体能量代谢，从而改善公猪精子的前向运动和直线运动能力。将公猪精子样本与不同浓度的甘氨酸（0、0.1、1和10 mM）在37°C下孵育6小时，并在0、1、3和6小时评估精子运动能力。同时评估了线粒体膜电位（MMP）、ATP水平、5-ALA水平、血红素水平和线粒体复合体IV活性。与对照组相比，添加1 mM甘氨酸在孵育3小时后显著提高了精子总运动率、前向运动率、平均路径速度（VAP）、曲线速度（VCL）、直线速度（VSL）和线性度（LIN）（P < 0.05），而10 mM甘氨酸处理降低了精子运动率。甘氨酸补充还显著增强了MMP、ATP水平、5-ALA水平、血红素水平和复合体IV活性（P < 0.05）。为进一步评估5-ALA/血红素相关线粒体途径的参与，进行了外源性5-ALA补充以及5-氨基乙酰丙酸合酶（ALAS）和5-氨基乙酰丙酸脱水酶（ALAD）的药理学抑制实验。外源性5-ALA重现了甘氨酸诱导的精子运动能力和线粒体能量代谢的若干改善，而添加ALAS或ALAD抑制剂则削弱了甘氨酸对精子运动率、ATP水平和血红素水平的有益效果（P < 0.05）。此外，使用甘氨酸补充的精液进行人工授精显著增加了总产仔数，但未显著影响母猪妊娠率。这些发现表明，甘氨酸通过增强线粒体能量代谢改善了公猪精子的前向运动和直线运动能力。因此，甘氨酸可能成为提高公猪精子质量和繁殖性能的有前景的代谢添加剂。
引言
人工授精是现代生猪生产的核心技术，在全球商业繁殖体系中得到广泛应用[1,2]。该技术的实际应用效率在很大程度上取决于公猪精子的功能质量，因为精子活力、运动能力和受精能力直接影响授精后的繁殖表现。然而，稀释后的公猪精子在孵育过程中容易发生功能性退化，通常表现为运动能力下降、膜完整性受损、线粒体功能障碍和受精潜力降低[3,4]。因此，使用合适的代谢添加剂可能有助于通过支持孵育期间精子能量代谢来维持公猪精子质量。
精子运动是一个高度依赖能量的过程，需要糖酵解和线粒体氧化磷酸化产生的持续腺苷三磷酸（ATP）供应[5,6]。在哺乳动物精子中，糖酵解沿鞭毛提供快速且局部的能量来源，而线粒体氧化磷酸化有助于持续的能量产生，并与精子运动能力的维持密切相关，尤其是在公猪精子中[7]。除了总运动率外，精子运动质量也具有生物学重要性，因为反映前向运动和直线运动的参数与公猪精液中与生育力相关的性状有关[8]。因此，维持线粒体功能和ATP生成能力对于保持精子活力以及体外孵育期间高效协调的运动可能至关重要。
甘氨酸是一种参与多种代谢和细胞保护过程的非必需氨基酸。除这些一般功能外，甘氨酸还是5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）的前体，后者是血红素生物合成中第一个承诺性中间体[9]。血红素是多种线粒体呼吸蛋白所必需的辅基，对正常的电子传递和氧化代谢不可或缺[10]。从这个角度来看，甘氨酸的可用性可能通过5-ALA/血红素相关的代谢与线粒体呼吸效率和ATP产生在功能上相关联。先前的研究表明，在某些实验条件下甘氨酸补充可以改善精子质量[11]。此外，最近有报道称5-ALA可改善公猪精液质量，并伴有精子线粒体功能的增强[12]。这些观察结果表明，甘氨酸支持公猪精子功能不仅可能通过其一般性保护作用，还可能通过调节线粒体能量代谢和5-ALA/血红素相关的代谢来实现。
然而，外源性甘氨酸在短期体外孵育期间公猪精子中的代谢命运和功能意义仍然不清楚。特别是，甘氨酸是否通过涉及线粒体能量代谢和5-ALA/血红素相关代谢的机制来改善精子的前向运动和直线运动，仍尚不清楚。此外，将甘氨酸补充与成熟公猪精子中这一代谢途径直接联系起来的证据仍然有限。因此，本研究旨在探讨甘氨酸补充对体外孵育期间公猪精子功能的影响，特别关注前向运动和直线运动以及线粒体能量代谢，包括ATP水平、5-ALA和血红素水平以及线粒体复合体IV活性。为进一步评估该途径的可能参与，采用5-ALA补充以及5-氨基乙酰丙酸合酶（ALAS）和5-氨基乙酰丙酸脱水酶（ALAD）的药理学抑制作为互补方法。阐明这一机制可能为开发甘氨酸作为维持公猪精子功能和提高人工授精效率的实用添加剂提供代谢基础。
章节摘要
实验设计
实验1旨在评估甘氨酸补充在37°C孵育期间对公猪精子运动能力和线粒体能量代谢的影响。精液样本补充0、0.1、1或10 mM甘氨酸。这些浓度是基于猪生殖道体液中的甘氨酸水平和先前研究中使用的浓度选择的[[13], [14], [15]]。在0、1、3和6小时评估精子运动能力。由于各处理组之间最显著差异
甘氨酸补充对体外孵育期间公猪精子运动参数zde影响
为评估甘氨酸补充对体外孵育期间公猪精子运动能力的影响，用不同浓度的甘氨酸处理精子样本，并在0、1、3和6小时评估CASA参数。完整的运动数据见表S1。在孵育开始时，总运动率、前向运动率以及主要的CASA衍生运动学参数，包括VAP、VCL和VSL，在对照组和甘氨酸处理组之间差异无统计学意义。
在3小时时
讨论
在猪人工授精体系中，与有效前向运动相关的精子运动特征在生物学上具有重要意义，因为它们反映了精子向受精部位维持定向运动的能力[1,19]。在本研究中，甘氨酸处理提高了总运动率和前向运动率，以及CASA衍生的运动学参数，包括VAP、VCL和VSL，表明精子运动质量得到改善。与仅使用TM相比，PM和
结论
总之，1 mM甘氨酸在短期体外孵育期间改善了公猪精子的前向运动和直线运动能力。这种改善伴随着线粒体膜电位、ATP水平、5-ALA和血红素水平以及线粒体复合体IV活性的增加。ALAS或ALAD的药理学抑制部分削弱了甘氨酸的有益效果，表明5-ALA/血红素相关途径至少在一定程度上对甘氨酸支持的线粒体能量代谢有所贡献
作者贡献声明（CRediT）
刘永金：撰写——初稿、调查研究、数据整理。张红燕：验证、方法学、数据整理。孟庆哲：调查研究。吴敬涵：调查研究。闵龙江：形式分析、概念设计。曾文贤：形式分析、概念设计。朱振东：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取。
资金支持
本研究部分得到山东省自然科学基金资助（朱振东：ZR2024QC066）、国家自然科学基金（32272884）、山东省青年创新人才支持计划（朱振东：2022KJ170）以及青岛农业大学高层次人才启动基金（朱振东：1121010）的支持。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本论文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
刘永金|张红燕|孟庆哲|吴敬涵|闵龙江|曾文贤|朱振东
青岛农业大学动物科学技术学院，中国青岛，266109
