【佳學基因檢測】弱精癥、弱精子癥基因解碼、基因檢測

遺傳病、罕見病基因檢測導讀：

弱精癥及弱精子癥是指不孕不育夫婦中的男性精子的活力不夠。佳學基因?qū)υ斐删踊盍Φ亩喾N因素進行基因解碼。發(fā)現(xiàn)存在于精子鞭毛細胞膜上的蛋白質(zhì)直接參與精子的活化。基因檢測測試這些蛋白的編碼基因的突變有利于明確造成男性不育癥的原因，開展男性生育力人評估。并為男性生育不足的患者提供干預(yù)和治療方案。

健康的成年男人，精子成熟之后在進入女性生殖道和接觸卵子進行受精之前，會發(fā)生許多重要的生理過程，如精子的過度活化、向卵子的趨化、獲能和頂體反應(yīng)。基因解碼表明，精子內(nèi)鈣離子濃度（[Ca²⁺]i）的變化在這些生理過程起著重要的作用。精子中的鈣離子主要有兩種來源：（1）一些鈣離子儲存在精子頭部的鈣泵中，在精子的頸部與IP3受體處于同一位置，這個地方存在另一個核膜；（2）其他鈣離子堆積在線粒體的中段結(jié)構(gòu)中。精子的某些過程依賴于細胞膜上的鈣離子通道。在睪丸有幾種典型的電壓門控鈣通道，但大多數(shù)電壓門控鈣通道也作用于其他器官，如大腦和心臟。只有Catsper離子通道在精子中特異表達。在小鼠精子細胞中采用全細胞膜片鉗技術(shù)，直接顯示了蛋白質(zhì)通道的電生理特性。Ca²⁺電流僅在Catsper通道中檢測到。Catsper是一種精子特異性、鈣離子通透性、pH敏感性和弱電壓依賴性的離子通道，位于鞭毛主體的膜上，雄性小鼠體內(nèi)存在一種不活躍的Catsper蛋白，導致不育。

Catsper通道被細胞內(nèi)堿性pH激活。在生理條件下，該通道不僅允許Ca²⁺進入精子，而且在沒有細胞外Ca²⁺的情況下，還允許單價陽離子（Na+，Cs+）或二價陽離子（Ba²⁺）進入精子。Catsper通道復合體包含四個α 亞單位（Catsper1–4）和至少三個輔助亞單位（Catsperβ (beta），Catsperγ (gamma）和卡特斯珀δ (三角洲）。第一個c參與形成通道的Catsper亞單位Catsper1在2001年發(fā)現(xiàn)，在精子運動中起著至關(guān)重要的作用。在尋找電壓門控鈣離子選擇性通道序列同源性的過程中檢測到Catsper1。以往的研究表明，在缺乏Catsper2的小鼠中沒有Catsper1的表達，在缺乏Catsper1的小鼠中也沒有Catsper2的表達。這些結(jié)果表明Catsper1的穩(wěn)定表達需要Catsper2，反之亦然。然而，Catsper3和Catsper4蛋白在Catsper1缺失小鼠中表達，表明Catsper3和Catsper4的穩(wěn)定表達不依賴于Catsper1和Catsper2的表達。與未選擇的精子相比，經(jīng)過游動選擇的精子表達Catsper1的比例要高得多，這表明Catsper1在精子游動中也起著至關(guān)重要的作用。進一步的研究表明，Catsper缺陷的精子細胞在生理條件下不能活化。有趣的是，去極化在正常精子細胞中引起細胞內(nèi)Ca²⁺（[Ca²⁺]i）的增加，而在Catsper1缺陷精子中則沒有。Catsper2^-/-, Catsper3^-/-; 和Catsper4^-/-; 和Catsper1^-/-; 的實驗小鼠沒有區(qū)別。精子也缺乏受精所需的活力。附睪精子全精子膜片鉗顯示Catsper電流在Catsper1^-/-, Catsper2^-/-, Catsper3^-/- ,和Catsper4^-/- 中缺失。

近年來，佳學基因研究了Catsper通道的激活劑和抑制劑?；蚪獯a發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中的重金屬和內(nèi)分泌干擾物鎘（Cd）通過降低Catsper蛋白的表達而導致男性不育。Mannowetz N還進行了一項研究，發(fā)現(xiàn)硫酸孕烯醇酮是一種鈣通道活化劑。Pristimerin和lupeol都是類固醇樣分子，它們可以通過影響精子的過度活化而起到避孕作用。因此，Catsper離子通道被認為是治療男性不育癥和避孕的潛在靶點。然而，Catsper及其拮抗劑在這些功能中的作用卻鮮有報道。本文就Ca²⁺信號在精子功能中的作用以及靶向Catsper通道藥物的作用進行綜述。
 

CATSPER蛋白與男性不育癥

基因解碼證明Catsper通道對人類生育力保持是必不可少的。在臨床所送的樣本中，兩個近親家庭的精液常規(guī)分析發(fā)現(xiàn)男性不育癥患者。致病基因鑒定基因解碼提示這兩個患者都存在Catsper1基因異常。在另外一些診斷為弱精子癥的患者中，佳學基因發(fā)現(xiàn)它們?nèi)狈δ苄缘腃atsper2基因。長期的男性不育癥基因檢測分析揭示所有四個Catsper亞單位（Catsper1–4）都是精子保持高度活力和男性生育能力的組成部分，但缺乏Catsper3或Catsper4并不會影響精子發(fā)生或精子的初始活力。此外，Catsper1抑制組具有進行性運動和孕酮誘導頂體反應(yīng)的精子數(shù)量明顯低于正常組。Catsper通道的正常表達與進行性運動和頂體反應(yīng)有關(guān)，Catsper通道的異常表達可能是弱精子癥的發(fā)病機制之一。具體來說，小鼠sNHE或Catsper2基因的破壞會導致男性不育，發(fā)現(xiàn)精子不動和不能活化，但沒有其他明顯的異常。所有這些結(jié)果都表明，Catsper1和Catsper2對人類或小鼠的正常雄性生育能力至關(guān)重要。有趣的是，Catsper3和catsper4在頂體反應(yīng)和男性生育中起著重要的作用，這不僅發(fā)生在睪丸，也發(fā)生在其他組織中。另一方面，Catsper1和Catsper2僅在哺乳動物睪丸中檢測到?？傊?，這些結(jié)果表明Catsper1和Catsper2是高度特化的鞭毛蛋白，在精子中比Catsper3和Catsper4更重要。還沒有CatSperβ 或是CatSperγ 突變導致不孕的報道。然而，這些基因的突變會導致精子中鈣電流異常和運動活化異常。而且，佳學基因還發(fā)現(xiàn)，CatSperδ 基因敲除小鼠喪失生育能力。
 

CATSPER蛋白與避孕方案的開發(fā)

Catsper通道是一種多?；瘜W傳感器，可能是避孕的靶點。根據(jù)基因解碼方法學中的結(jié)構(gòu)與功能分析法，Catsper1跨膜區(qū)和孔區(qū)具備開發(fā)避孕藥物的潛力。用抗Catsper1-lgG孵育精子細胞后，精子進行性活動能力顯著下降，表明Catsper1可能是免疫蛋白避孕的潛在靶點，抗體是研究精子離子通道功能的有用工具?？茖W家也評估了小鼠Catsper1跨膜區(qū)和孔區(qū)兩個B細胞抗原決定簇的避孕能力。合成Catsper1跨膜區(qū)胞外部分和孔區(qū)的兩個預(yù)測B細胞抗原決定簇以免疫雄性小鼠。在交配試驗中觀察到生育能力顯著降低，沒有明顯的系統(tǒng)性疾病或異常交配行為，表明Catsper成員可能是有效和可行的免疫避孕靶點。Catsper1中的這兩個結(jié)構(gòu)區(qū)域在小鼠和人類之間具有高度的一致性，因此可能有效地調(diào)節(jié)人類的生育能力?；蚪獯a分析方法揭示出研究Catsper通道為靶點的新型藥，可以提供男性可逆性避孕的新方法。
 

Catsper通道作為個性化靶向藥物特點

隨著在基因解碼過程中，動物或細胞模型的更先進的新興方法的出現(xiàn)，可以進行更多的研究來測試作為Catsper激動劑或抑制劑的藥物，以測試鈣通道蛋白作為不孕癥治療和男性避孕靶點的潛在作用。而這些研究的進展可以為男性不育癥基因檢測后的個性化治療提供藥物和方案。也可以進一步研究個人生活環(huán)境中的哪些物質(zhì)是中可以引起男性生殖力下降的。靶向Catsper通道的藥物按其藥理作用可分為三類。目前，很少有藥物被美國食品和藥物管理局（FDA）批準用于臨床治療。這些藥物大多處于實驗室實驗階段，而其中很大一部分是植物提取物。

抗膽堿酯酶藥物

在早期的研究中，對不育男性精液中的有機氯化合物進行了分析，結(jié)果表明，滴滴涕及其代謝物六氯環(huán)己烷（HCH）、P，P′-二氯二苯二氯乙烯（pp'-DDE）和pp'-DDD的濃度，在不孕男性精液中的含量高于生育男性。已經(jīng)證明抗膽堿酯酶通過破壞前列腺影響男性生育能力。然而，另一項體外實驗發(fā)現(xiàn)，P，P′-DDE是一種Catsper激動劑，可刺激Catsper通道開放，并導致Ca²⁺流入精子。也就是說，P，P′-DDE可以提高精子的生育力。因此，P，P，-DDE在精子生育中是一個有爭議的化合物。

鈣通道阻滯劑

HC-056456、NNC55-0396、硝苯地平、尼莫地平、奎寧、氯仿、茶堿、氯胺酮等均為鈣通道阻滯劑。其中，HC-056456是一種新型的鈣通道阻滯劑，據(jù)報道是一種選擇性靶向Catsper通道的獨特化合物。全細胞膜片鉗記錄顯示，HC-056456處理的精子的Catsper電流低于未處理的精子，并且HC-056456可逆地阻止了獲能精子運動活化的產(chǎn)生。這種作用類似于Catsper缺陷精子的發(fā)現(xiàn)，因此，HC-056456是一種很有前途的化合物，正在進一上不研究其作為男性避孕藥的條件。硝苯地平和尼莫地平都是L型鈣通道阻滯劑，兩種化合物20mg/L均可誘發(fā)男性不育。硝苯地平還可以靶向Catsper通道，阻止Ca²⁺流入精子，從而改變精子膜中的膽甾酮含量，導致膜破裂。NNC55–0396和mibefradil是兩種T型鈣通道阻滯劑，它們是氣味劑，在標準（生理）條件下抑制鈣信號。NNC（10 mM）和Mib（30 mM）顯著降低具有進行性運動和其他運動學參數(shù)的精子的百分比，但這些化合物不影響活躍精子的百分比。其他氣味物質(zhì)，如仙客來和向日葵，會激發(fā)Ca²⁺信號，這些化合物是從植物和細菌中提取的，可以作為有效的分子來治療CatsPer相關(guān)的男性不育。此外，人精子Catsper離子通道的全細胞膜片鉗記錄顯示奎尼丁可逆地阻斷Catsper通道中的鈣電流。另一方面，Clofilium可導致Catsper介導的鈣電流的不可逆阻斷。最近的一項研究表明，氯胺酮通過減少精子鈣內(nèi)流來抑制精子的總活力和進行性活力，從而影響人類精子的功能。基因檢測后，如查沒有發(fā)現(xiàn)導致男性不育癥的基因，可以據(jù)此評估男性生活環(huán)境中的化合物，從而有針對性地改善生活環(huán)境。
 

基因檢測發(fā)現(xiàn)Catsper弱精子癥的針其他針對性療法

一些藥物的作用機制尚不清楚。例如，大黃素通過降低精子[Ca²⁺]i和酪氨酸磷酸化來抑制人類精子功能。此外，一些草本植物，如三棱精華（TS）和人參，通過調(diào)節(jié)Catsper基因的表達而不生活化精子。從TS和人參中提取純化合物可以治療少弱精子癥。此外，苦參堿通過刺激Catsper通道顯著抑制精子總活力、獲能線速度和孕酮誘導的頂體反應(yīng)，因此，苦參堿可能是治療男性避孕的有效藥物，而這些分子的進一步臨床試驗和系統(tǒng)評價是有必要的。

目前，以Catsper通道為靶點的藥物仍處于臨床前研究階段。需要更深入地研究Catsper通道作為治療的靶點。

與本文有關(guān)的科技文獻：

The Catsper channel and its roles in male fertility: a systematic review

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