研究发现睾丸变暖导致精子形成失败

2022年05月26日 17:26 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

大多数哺乳动物的睾丸在阴囊中被冷却,睾丸温度升高会导致精子形成失败和男性不育。由日本国家基础生物学研究所的Shosei Yoshida领导的一个研究小组利用器官培养物详细说明了这一过程,另外还发现精子形成在多个步骤中以一种微妙的温度依赖方式受到损害。

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尽管精子形成在34°C(阴囊温度)下完成,但升温至37-38°C(腹部温度)会严重影响减数分裂--将同源染色体分离成单倍体精子的过程,并且受损细胞会发生细胞死亡。这项研究证明了器官培养的实用性,它将推动精子发生过程中热脆弱性的研究。

许多研究已经通过使用动物模型提高睾丸温度来研究精子形成的热损伤,如通过手术将睾丸移到腹部。然而在这些实验中无法控制实际的睾丸温度。此外,还无法排除睾丸外因素的影响,像内分泌和神经系统。

为了克服这些限制,该研究小组利用了在培养箱中支持完整精子形成的睾丸器官培养环境,该环境由横滨市立大学的Takehiko Ogawa及其同事开发。通过在不同温度下培养小鼠睾丸,研究人员发现精子形成在多个步骤(如减数分裂的进展及单倍体细胞的生成和转化)中出现失败,在30°C和40°C之间则显示出鲜明的温度依赖性。

“我们没有想到,这种众所周知的现象是由多种温度依赖性事件组成的微妙组合。这一发现只能通过器官培养系统来实现,”Yoshida说道。

该小组进一步发现,减数分裂即同源染色体分离成单倍体精子的过程在37-38℃时受到严重影响。具体来说,DNA双链断裂的修复和同源染色体的配对这些都是正常染色体分离的必要条件,它们都受到了影响。受损的细胞则通过监视机制或检查点进行细胞死亡。这项研究的主要贡献者Kodai Hirano表示:“令人惊讶的是,在正常的身体核心温度下,减数分裂等基本过程非常容易受损。通过阴囊和检查点的综合功能,只有在低温下发育的精子才能使卵子受精进而生成下一代。未来研究的关键问题将包括热敏感性的分子机制和低温在精子生产中的生物学意义。”

这项研究已发表在《Communications Biology》上。

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