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长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学探索助孕治疗新理念

发布时间: 2019-01-02
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景杰生物/报道 

编者按

20188月,中国医科大学附属盛京医院生殖医学中心王秀教授、李达副教授团队受邀在蛋白质组领域排名第一的期刊Mol Cell Proteomics上发表一篇关于男性精子蛋白质组学和体外受精生殖研究的文章,该研究在国际上首次证实,短时禁欲精子行IVF治疗的临床优势及分子基础

文章一经发表,该团队与盛京医院随即登上全球最大的科学新闻媒体-美国科学促进会(AAAS)和-英国广播公司(BBC),随后被美国、英国、法国、瑞士、日本、墨西哥、阿拉伯联合酋长国、印度等40多家媒体广泛报道;发表三个月内Altmetric得分115,Mol Cell Proteomics排名第二,同时入选MCP Top25文章,引起国际生殖领域积极反响,同时ScienceDaily也对该团队进行了专访。


 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制
 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制

AAAs与ScienceDaily对研究给予了高度评价

男性和女性结合组成家庭,孩子是一个幸福家庭的重要因素,然而被不孕不育问题困扰的家庭不在少数。在美国达到生育年龄的人群中,不孕不育的女性占11%,男性占9%;在英国,每7对夫妇中就有一对怀孕困难。很多夫妇都会去寻求生育方面专家的帮助,但是专家有可能也会给出错误的建议。

1952年发表的一篇关于生殖的研究调查显示,在禁欲低于4天的男性精液中精子活动最活跃[1]。到1979年,研究人员使用多变量统计方法,首次评估了维持正常射精频率受试者精液特征的个体多样性。虽然个体间精液特征存在很大的差异性,但研究结果表明禁欲时间是必须考虑的重要影响因素[2]。同时其他研究也表明男性短期的禁欲可以显著提高女性受孕率,而持续的禁欲则会降低女性受精后的妊娠率。然而,短期禁欲后的精液样本是否能提高着床率、妊娠率和活产率,以及相关的分子机制是什么,在很大程度上仍不清楚。

本篇文章给我们带来了关于体外生殖的新认知,首次揭示缩短男性禁欲期对体外受精生殖结果的影响给我们在体外受精方面带来了新的思考方式,“多年来,男性通常被建议限制性生活,以增加怀孕的机会。然而,是时候改变我们的心态了”。

值得一提的是,精子中低水平的转录和翻译活性使得蛋白质组学检测成为研究精子成熟和功能的重要手段,基于蛋白质组学的方法被越来越多的应用于研究生殖细胞的功能和发育过程。景杰生物提供高质量的蛋白质组学检测服务和修饰泛抗体,为该研究提供支持。

景杰生物作为全球蛋白质及翻译后修饰的领跑者,提供一整套常规蛋白质组学及修饰组学研究的解决方案,同时结合高灵敏度的修饰类泛抗体,助力您的研究工作。

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研究思路
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研究人员首先使用短期禁欲(1-3 小时)和长时间禁欲(3-7天)的精液样本比较了精液特征和体外受精结果,接着采用基于TMT标记的蛋白质组学方法来研究缩短男性禁欲期后精子的蛋白质组水平的变化。研究结果揭示精子蛋白质中发生的分子活动可能在男性禁欲期缩短后对精子质量和生殖潜力起重要作用。

 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制

 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制

图1 不同禁欲时间精子样本的蛋白质组学分析


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研究精读
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1.男性禁欲期缩短可以有效提高体外受精生殖率 

体外受精结果表明,禁欲1-3小时后的精子比禁欲3-7天的精子具有更高的胚胎移植成功率、妊娠率和活产率。虽然短时禁欲后精液量和总精子数比起长时间禁欲后要有所下降,但是精子浓度和运动精子数却有明显上升。

 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制 

图2 不同禁欲时间精子的受精生殖率比较

2. 男性禁欲期缩短可以显著提高精子的生理生化指标

精子的生理生化指标检测结果表明,禁欲1-3小时的精子比禁欲3-7天的精子具有更高的精子活力、正常精子形态、顶体反应能力及总抗氧化能力。同时,精子线粒体膜电位(MMP)和DNA染色率也有提高,精子DNA碎片指数显著降低。

3.精子全蛋白质组学鉴定和功能分析

以禁欲1-3小时和3-7天的精液为样本开展TMT标记蛋白质组学研究,共鉴定到4959个蛋白,其中可定量蛋白为4392个。采用贝叶斯分析方法得到322个差异蛋白fold change>1.5P-value<0.05,其中上调224个,下调98个。

接着,通过GO分类和KEGG通路分析对差异蛋白的功能开展进一步研究,结果显示这些差异蛋白高度参与特定的细胞过程,比如精子活力和获能,精子氧化还原稳态和抗氧化防御以及各种代谢通路,特别是糖酵解、糖异生、谷胱甘肽代谢和氨基酸的生物合成。

同时,通过String分析显示差异蛋白之间存在广泛的相互作用。以上结果表明,在缩短男性禁欲期后,精子的强效运动,获能,氧化还原及代谢相关的调控网络更为丰富。

 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制 

图3 质谱鉴定到的差异表达蛋白的GO和KEGG分析

4.男性禁欲期缩短可以显著改变蛋白质修饰水平

翻译后修饰对于生理病理条件下蛋白功能的执行是非常重要的,尤其是对于转录和翻译受到限制的精子成熟过程。进一步,研究人员针对精液样本检测了10种主要的蛋白质修饰。

WB结果显示丁酰化、丙二酰化和丙酰化三种修饰水平在禁欲1-3小时的精液样本中显著降低,而赖氨酸三甲基修饰水平显著提高。其他修饰如乙酰化、泛素化、戊二酰化、巴豆酰化、琥珀酰化和磷酸化这6种修饰水平在禁欲1-3小时和禁欲3-7天的两组样本中没有明显改变。

 长期禁欲降低精子质量,蛋白质组学揭示其中机制

图4 不同禁欲时间精子样本的10种蛋白质修饰检测

现阶段,我们对于禁欲过程中新型修饰如丙酰化、丁酰化、丙二酰化等所参与的精子功能还知之甚少,以上研究结果为探索精子蛋白的翻译后修饰调控提供新思路。

综上所述,研究给我们带来了关于体外生殖的新认知,首次揭示缩短男性禁欲期对体外受精生殖结果的影响。作者运用高通量蛋白质组学技术对不同禁欲时间的精子样本进行分析,找到发挥功能的差异蛋白;进一步研究证明,精子蛋白的新型修饰调控如丙酰化、丁酰化、丙二酰化等与精子功能的发挥密切相关,也为将来生殖研究提供新思路。同时,本文的研究结果也为临床上关于怀孕生殖相关疾病的的诊断和治疗提供新思路。

长期以来,多数备孕夫妇被建议减少性交频率、甚至长期禁欲以期通过增加精子数量来提高受孕概率。然而该研究颠覆这一传统观点,提示当男性精液参数基本正常和身体条件允许的情况下,利用短时禁欲的精液行助孕治疗、或者夫妻双方在女性排卵期增加同房频率(降低男性禁欲时间),在未来成为一种新的助孕理念


参考文献:

1. Macleod, J., and Gold, R. Z. (1952) The male factor in fertility and infertility. V. Effect of continence on semen quality. Fertil. Steril. 3, 297–315

2. Schwartz D , Laplanche A , Jouannet P , et al. (1979) Within-subject variability of human semen in regard to sperm count, volume, total number of spermatozoa and length of abstinence[J]. J Reprod Fertil, 57(2), 391-395.

3. ZiQi Shen, et al. (2018), Characterization of the Sperm Proteome and Reproductive Outcomes with in Vitro Fertilization after a Reduction in Male Ejaculatory Abstinence Period. Molecular & Cellular Proteomics, RA117.000541.


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