AKG：生殖健康的新希望——科學(xué)研究揭示其潛力

來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2025-03-10

2022年7月15日，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院束剛教授和江qing艷教授課題組在Life Metabolism上發(fā)表題為Smooth muscle AKG/OXGR1 signaling regulates epididymal fluid acid-base balance and sperm maturation的研究，揭示AKG/OXGR1信號(hào)通路在維持雄性生殖健康過(guò)程中發(fā)揮重要作用。該研究shou次確認(rèn)OXGR1在附睪平滑肌中表達(dá)，其水平隨著老化和熱應(yīng)激而下降。在OXGR1全身性敲除及附睪特異性敲除小鼠模型中的研究發(fā)現(xiàn)OXGR1對(duì)附睪精子成熟至關(guān)重要。機(jī)制研究表明附睪平滑肌AKG/OXGR1信號(hào)傳導(dǎo)通過(guò)調(diào)節(jié)腎小管液中的酸堿平衡在精子成熟中起著重要的作用。更為重要的是，補(bǔ)充AKG對(duì)由衰老和熱應(yīng)激引起的附睪精子成熟障礙有益。

氧化戊二酸受體1（Oxoglutarate receptor 1, OXGR1）是一種感應(yīng)三羧酸（Tricarboxylic acid, TCA）循環(huán)關(guān)鍵代謝中間產(chǎn)物α-酮戊二酸（α-ketoglutarate acid, AKG）的內(nèi)源性受體。以往研究發(fā)現(xiàn)OXGR1在睪丸中表達(dá)量比較高，但其在男性生殖系統(tǒng)中的細(xì)胞分布和生物學(xué)功能尚不清楚。因此，揭示雄性生殖系統(tǒng)中OXGR1的潛在功能，具有重要的臨床意義和應(yīng)用價(jià)值。

為研究OXGR1在附睪中的細(xì)胞定位和表達(dá)模式，作者發(fā)現(xiàn)OXGR1定位于附睪平滑肌細(xì)胞中，衰老和熱應(yīng)激均可***下調(diào)附睪OXGR1蛋白表達(dá)。為進(jìn)一步研究OXGR1在附睪中的生物學(xué)功能，作者構(gòu)建了OXGR1全身性敲除（OXGR1 global knockout，OXGR1-GKO）小鼠模型，發(fā)現(xiàn)OXGR1-GKO可導(dǎo)致小鼠附睪頭、體和尾三段附睪管形態(tài)畸變，附睪管管腔面積***減小，且雄性O(shè)XGR1-GKO小鼠產(chǎn)活仔數(shù)***降低。

由于精子在附睪移行過(guò)程中形態(tài)逐漸發(fā)生改變，且逐漸獲得運(yùn)動(dòng)能力、獲能和頂體反應(yīng)的潛能從而變得成熟并具備受精能力。作者發(fā)現(xiàn)，OXGR1-GKO小鼠附睪頭、體和尾部附睪管管腔中的大量精子出現(xiàn)了典型的發(fā)卡狀彎曲形態(tài)，精子畸形率***增加。使用CASA對(duì)附睪精子檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，OXGR1-GKO***降低了精子活力、精子曲線運(yùn)動(dòng)速度VCL、精子平均路徑速度VAP和精子頭側(cè)移幅度ALH。此外，OXGR1-GKO可***降低部分獲能和完全獲能精子的百分比，***增加不獲能精子的百分比，降低附睪精子的自發(fā)頂體反應(yīng)率。

為了排除小鼠其它組織中OXGR1對(duì)附睪精子成熟的代償作用，作者進(jìn)一步選用OXGR1Flox/Flox轉(zhuǎn)基因小鼠，并在其附睪部位注射AAV-Cre-GFP病毒，以構(gòu)建OXGR1附睪特異性敲除模型（Epididymal-specifically OXGR1 knockdown，OXGR1-eKD）。WB和IF結(jié)果顯示，附睪注射AAV-Cre-GFP病毒***降低了附睪OXGR1蛋白表達(dá)且對(duì)睪丸OXGR1蛋白表達(dá)無(wú)***影響，建模成功。隨后作者研究發(fā)現(xiàn)，OXGR1-eKD小鼠的精子尾部也同樣出現(xiàn)了發(fā)卡狀彎曲形態(tài)，精子畸形率***增加。此外，OXGR1-eKD***降低了小鼠精子獲能能力、精子自發(fā)頂體反應(yīng)率、精子活力、精子VCL、精子ALH和精子VAP。綜合OXGR1-GKO和OXGR1-eKD模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，表明OXGR1在附睪精子成熟中起關(guān)鍵作用。

作為OXGR1的內(nèi)源性激動(dòng)劑，AKG已被證明在延長(zhǎng)壽命，維持腸道健康，降低肥胖風(fēng)險(xiǎn)和通過(guò)表觀遺傳ji活巨噬細(xì)胞等方面具有重要調(diào)控作用。作者研究發(fā)現(xiàn)，衰老小鼠附睪精子畸形率***增加，精子獲能能力和自發(fā)頂體反應(yīng)率***降低。而飲水添加2% AKG可***降低衰老小鼠附睪精子畸形率，增加精子獲能能力和自發(fā)頂體反應(yīng)率。在熱應(yīng)激小鼠模型中，60%相對(duì)濕度（RH）、35℃環(huán)境下熱應(yīng)激3 h可***增加小鼠附睪精子畸形率，***降低精子獲能和自發(fā)頂體反應(yīng)率。而飲水添加2%AKG可有效緩解熱應(yīng)激引起的精子畸形率升高和自發(fā)頂體反應(yīng)率降低，但未能有效改善熱應(yīng)激引起的精子獲能能力降低。

附睪平滑肌在精子成熟中發(fā)揮著重要作用，主要是通過(guò)促進(jìn)跨上皮K+分泌來(lái)調(diào)節(jié)附睪液微環(huán)境從而影響精子成熟。作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，AKG可通過(guò)OXGR1促進(jìn)附睪平滑肌細(xì)胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放，進(jìn)而上調(diào)胞內(nèi)Na+-HCO3-共轉(zhuǎn)運(yùn)載體NBCe1的表達(dá)，從而影響HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)和附睪液酸堿平衡，并*終影響精子成熟。

該研究shou次發(fā)現(xiàn)附睪平滑肌可通過(guò)AKG/OXGR1信號(hào)通路調(diào)節(jié)局部微環(huán)境酸堿平衡和精子成熟，提示平滑肌樣細(xì)胞新功能。同時(shí)該研究也表明平滑肌AKG/OXGR1信號(hào)通路可以逆轉(zhuǎn)衰老和熱應(yīng)激誘導(dǎo)的雄性生殖能力降低，這為靶向zhi療衰老和熱應(yīng)激引起的男性生殖能力降低提供了潛在策略。