活性氧分子调节Slo3通道和精子钾电流的生物物理机制研究

pH敏感的Slo3 通道是一种在精子细胞中特异性表达的钾离子通道，是在精子获能过程中感受pH变化、调控精子膜电位的主要因子。最近的研究表明敲除了Slo3基因的雄性小鼠是不育的。因此，调控精子细胞中Slo3的活性就成为了一种有潜力的控制生育的方式。然而，目前有关Slo3的调节作用和相关机制却所知甚少。我们拟结合膜片钳、钙荧光测量、分子生物学等技术，深入研究活性氧分子对异体表达的Slo3通道和在体精子细胞钾电流的调节作用和分子机制。活性氧分子已知可以降低精子细胞的运动性等并最终影响精子的授精能力。同时，活性氧分子能强烈抑制和Slo3同族的钙敏感的Slo1通道的活性。我们的研究将从分子和细胞水平上揭示活性氧分子影响精子功能的内在机制，并为开展以Slo3为靶标的药物研究打下良好基础。申请者在Slo3和Slo1通道调控上的工作已发表在Nature,NSB,JN,JGP,PLoS One等杂志上。

深入研究决定精子功能的关键分子的调节机制是深入认识精子生理、发展新型精子功能调控方法的基础。精子特异性Slo3钾离子通道是哺乳动物精子响应环境pH变化、决定精子膜电位、调控精子授精能力的关键膜蛋白，Slo3基因敲除小鼠特异性表现为雄性不育。以活性氧分子对Slo3通道可能的调节作用为切入点，本课题试图发现具有调节Slo3功能的生理因子并阐明相关作用机制，以期为发展以Slo3为靶标的精子功能调控方法提供基础。在证实以过氧化氢为代表的活性氧分子不能显著改变异体表达的Slo3电流与在体精子钾电流的情况下，我们将研究扩展到其它可能的Slo3调控因素，包括通道辅助亚基以及生理信号分子。结果如下：1）免疫共沉淀与免疫组化数据支持LRRC52是构成小鼠精子钾通道的重要组分；2）设计制备了抗LRRC52胞外氨基酸片段的抗体LID1，并发现其能显著抑制精子钾电流但不影响精子钙电流，而且能显著降低小鼠精子的顶体反应率和授精能力，从功能上支持LRRC52为Slo3的辅助亚基；3）利用制备LID1的抗原片段在小鼠与人中序列完全相同的特点，我们将结果延伸到人精子研究，显示LRRC52也可能是人精子钾通道的组成部分；4）LID1能显著影响人精子功能，提示其具有发展为新型人精子功能调控物质的潜力；5）利用国际合作中获得的Slo3/CatSper双基因敲除小鼠，证实Slo3+LRRC52构成的钾通道是决定精子膜电位的主要通道，精子上不含有其它电压依赖性钾离子通道；6）小生理信号分子硫化氢能可逆地抑制小鼠精子钾电流，但对精子钙电流无显著作用，提示其可能是一种新颖的、特异性的精子钾电流调节分子。上述部分结果以及我们对于本领域的思考与认识已经以研究论文或综述的方式发表在Journal of General Physiology、Contraception、生理科学进展等国内外期刊，部分内容处于论文撰写、专利申请中，有望于年内发表。今后将继续阐明硫化氢/精子钾通道途径的生理意义。这些工作对深入认识精子钾通道这一精子功能关键调控分子的分子组成、其在介导精子功能调节因子的生理效应中的作用、开发以精子钾通道为靶点的新型男性避孕药具有重要意义。