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精子竟然闻香识卵子?

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-03-23  来源:果壳网  浏览次数:1856
核心提示: 故事得从2003年说起,来自波鸿大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员发现了一个新嗅觉受体蛋白,并把研究结果刊登在了《科学》(Science)杂志上。要知道,在脊椎动物中的基因中,编码嗅觉受体蛋白的可有近千个之多,而《科学》杂志也是非重大发现不取的,那么这个蛋白究竟有何德何能,居然可以让挑剔的编辑也为之折服呢?

故事得从2003年说起,来自波鸿大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员发现了一个新嗅觉受体蛋白,并把研究结果[1] 刊登在了《科学》(Science)杂志上。要知道,在脊椎动物中的基因中,编码嗅觉受体蛋白的可有近千个之多,而《科学》杂志也是非重大发现不取的,那么这个蛋白究竟有何德何能,居然可以让挑剔的编辑也为之折服呢? 这是因为——这个嗅觉受体蛋白居然是在睾丸里发现的!而且研究者在体外试验中成功地表达了有功能的这个受体蛋白。


最爱空谷幽兰 


在人类的23对染色体中,除了第20号染色体与Y染色体之外,在其余的染色体上都可以找到不同的嗅觉受体基因。在前文说的2003年的这项研究中,研究人员从睾丸的DNA中分离出了一条在第17号染色体上的嗅觉受体基因,并把它命名为hOR17-4 。


既然是嗅觉受体,那么这个蛋白能“闻”到什么味道呢?研究人员在HEK293细胞(人类胚胎肾细胞,好培养,易转染,故常用于转染实验)中表达了这个蛋白,并用不同的化合物去刺激这些细胞。根据嗅觉受体蛋白的作用原理,当它与气味小分子结合后,就会激活细胞内的一些通路,使细胞外的钙离子流入细胞内,而检测到了钙离子的流入就说明细胞“感觉到”了气味。在100种化合物中,研究人员发现只有当他们使用仙客来醛(一种有仙客来花香,可用于调配食品的物质,英文叫做cyclamal)刺激细胞时,才能够检测到这股钙离子流。


根据结构上的相似性,研究人员又发现其他一些能够激活这个受体蛋白的化学物质,其中一种叫波吉洪醛(Bourgeonal )的香味分子产生的效果最佳。除了表达那个受体蛋白的HEK293细胞外,精子细胞(精细胞上也有这个嗅觉受体蛋白)接触到这个分子后,同样触发了钙离子流。此外,随着波吉洪醛浓度的增加,精子游动的速度也随之提高,并且会往波吉洪醛浓度较高的地方游去。在生活中波吉洪醛可不是什么陌生的东西。这种有着一股铃兰(Lily of healing garden the healing garden Valley)香味的小分子经常被添加到香水里。


我闻不到你,却能感觉到你的存在


学界一直对雌激素的作用方式存在着争议——它究竟是先作用在细胞膜表面的受体,触发某些蛋白的表达,从而起作用的,还是直接作用在已经存在的蛋白上起作用的呢?诸位还记得上文中提到的钙离子通道吗?2011年发表在《自然》杂志上的一篇论文 [2]对精子上的钙离子通道进行了更仔细的研究,并发现雌激素可以直接作用于这些钙离子通道,使得钙离子涌入精子。作者认为这项研究为关于雌激素作用方式的争论划上了一个休止符。

而一些敏锐的科学家们马上把这项研究与波吉洪醛联系到了一起——波吉洪醛的作用是间接还是直接呢?由于所有的实验体系均已建立,所以科学家们很快地得到了答案。在2012年的一篇论文中 [3],研究人员发现这个作用方式也是直接的——波吉洪醛触发钙离子流的过程,同样不需要G蛋白和cAMP的参与。不过这个研究结果也表明,精子并不是“闻”到了铃兰味才开始蠢蠢欲动的,因为实验结果表明,用波吉洪醛来引诱精子的话,想达到和雌激素相同的效果,波吉洪醛的浓度得是雌激素的1000倍,而这只有实验室条件下才能达到。换句话说,精子们只是碰巧能够感知波吉洪醛分子的存在罢了。


看到这里,想必那些期望看到微观版“闻香识女人”的读者们有些失望了。然而对于研究精子的科学家来说,为什么精子上的钙离子通道蛋白能够识别不同的信号分子却成了一个很有意思的问题。现有的假设认为,精子为了在奔向输卵管的长途跋涉中不迷路,需要有这样的向导指明前进的方向。这样精子才能逆信号分子(比如说雌激素)浓度而上,最终遇见那颗属于它的卵子 [4]。当然也有的科学家并不是那么浪漫。在他们眼中,如果有一种药物能够让这些离子通道失去作用,那么一种全新的避孕方法可能就应运而生了。
 

 
 
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