撰文：斯蒂芬妮.帕帕斯               2023年10月28日

一种名为SLC9C1的蛋白质，帮助包括人类在内的许多不同动物的精子游泳。（图片：美国科学院/科学图片库，盖蒂图片社）

研究人员首次揭示了一种，使精子能够游泳的蛋白质的结构。

这种蛋白质位于精子的细胞膜中，有助于将带正电的钠离子和氢离子进出细胞。这对调节细胞的pH值、含盐量和体积起着重要作用，有助于保持细胞的活力和健康。

德国海德堡大学生物化学中心的结构生物学家克里斯蒂娜·保利诺告诉《生活科学》：“从海胆到小鼠和人类的研究，我们都知道这种蛋白质对精子运动和男性生育能力至关重要。”

然而，先前的研究表明，不同动物的蛋白质功能不同。保利诺在荷兰格罗宁根大学进行了大部分新研究，重点研究海胆中的蛋白质。这些海洋生物的数据，不会直接转化为人类生育或节育的药物开发。但这项研究可能会指出，精子是如何利用其他细胞的技巧，来构建自己独特的蛋白质的。

这项研究于星期三（10月25日）发表在《自然》杂志上。

2018年的一篇论文显示，这种名为SLC9C1的蛋白质，具有奇怪的混合匹配结构。

“它结合了以前从未见过的机械性‘技能’，” 保利诺说。该蛋白质由一个感知细胞膜电压的片段、一个对被称为环腺苷酸的微小分子信使，做出反应的片段，和一个进行实际离子交换的成分组成。保利诺说，这种结构有点像乐高的创造：不同的部分从其他蛋白质中已知，但在这种组合中还没有发现。

保利诺和她的团队，使用了一种名为冷冻电子显微镜的技术，来研究这种蛋白质。在这项技术中，样本被冷却到零下243.4华氏度（零下153摄氏度）以下，一束电子穿过它们，形成蛋白质复杂扭曲的高分辨率图像。

研究小组发现，在海胆中，这种蛋白质通过交换细胞内外的钠离子和质子，使精子细胞内部的碱性更强，或酸性更低。细胞膜电压的变化触发了这种转移——这种特殊类型的膜转运蛋白，以前从未见到过这种方法。

保利诺说：“这很了不起，因为转运蛋白采用或劫持了另一种，通常只在另一类膜转运蛋白中发现的构建块，即离子通道。”

保利诺说，研究人员对SLC9C1在男性不育中的可能作用感兴趣。这种蛋白质是精子特异性的，这意味着它可能成为男性节育的靶点，因为任何破坏这种蛋白质的药物，都可能不会影响身体中的其他细胞。

然而，波恩大学和马克斯·普朗克多学科科学研究所的生物物理化学家本杰明·考普表示，在理解SLC9C1在海胆中的基本功能，和利用这些信息为男性制定药物节育这一难以捉摸的目标之间，有着巨大的飞跃，他没有参与这项新研究。

考普和他的团队最近发表在《自然通讯》杂志上的研究发现，与海胆细胞不同，人类SLC9C1不是由细胞膜的电压触发的。目前尚不清楚是什么控制了人类版本的蛋白质，甚至不清楚人类版本，是否像海胆蛋白质那样转移钠离子和质子。

考普在接受《生活科学》采访时表示：“目前尚未解决的问题是，这种分子在哺乳动物精子中，尤其是在人类精子中起到了什么作用。它是钠质子交换器吗？还是输送其他物质？如果它是钠质子交换器，它与海胆有什么区别？”