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《Nature》揭示“电”之于精子成熟，试管婴儿ICSI技术如何助力不育？
近期，《Nature》上发布的一篇题目为The Significance of Electrical Signals in Maturing Spermatozoa for Phosphoinositide Regulation Through Voltage-Sensing Phosphatase的文章，引发了不育不孕领域的关注。文章称，电压感应磷酸酶(VSP)在精子成熟过程中具有重要意义，这种独特的蛋白质显示出磷酸酶活性，以响应细胞膜电位的变化。该研究发现，VSP在精子的发育过程当中通过促进细胞膜的适当成熟来响应电信号[1]。
精子成熟的过程是怎样的?
1. 精原细胞的增殖与分化为初级精母细胞
在青春期的睾丸中，生精细胞周期性地从静息状态(即分裂间期)被激活，进入活跃的有丝分裂周期。这些起始细胞，被称为精原干细胞，是男性生殖细胞系的源头。它们通过有丝分裂进行增殖，产生两种类型的精原细胞：一类保持与精原干细胞相同的特性，维持干细胞池的稳定;另一类则踏上分化的道路，成为注定要发育成精子的细胞。这些分化中的精原细胞进一步增殖并经历特定的分化过程，转化为初级精母细胞，标志着精子生成的关键阶段正式开启，且此分化过程是不可逆的。
2. 初级精母细胞的减数分裂形成圆形精子细胞
初级精母细胞随后进入减数分裂阶段，这是一种特殊类型的细胞分裂，旨在将染色体数目减半，以确保生殖细胞(精子和卵子)结合时恢复正常的染色体数。减数分裂分为两个阶段：先是减数第一次分裂，形成两个次级精母细胞;这两个细胞很快进入减数第二次分裂，生成四个单倍体的圆形精子细胞。这一过程中，遗传物质发生重组，增加了后代的遗传多样性。
3. 圆形精子细胞的形态转变与成熟
圆形精子细胞虽已具备精子细胞的基本形态，但尚不具备使卵母细胞受精的能力。它们随后经历一系列复杂的形态学和生物化学变化，这一过程称为精子形成或变态反应。在这一阶段，精子细胞逐渐迁移至生精小管的管腔附近，其形态发生显著变化，头部变得细长且富含DNA，尾部形成并延长，赋予精子游动能力。同时，精子细胞内的细胞器重新排列，形成精子的特定结构，如线粒体鞘，为精子提供能量支持。成熟的精子获得其标志性的头部、中段和尾部结构，并进入生精小管管腔，准备被释放到输精管中，完成其生殖使命。至此，精子在睾丸内的成熟过程圆满结束。
精子成熟度对生育的影响
精子成熟后才能获得足够的游动能力和受精能力。不成熟的精子可能缺乏足够的活力，难以成功与卵子结合，从而降低受孕几率。另外，不成熟的精子可能携带异常的遗传信息或功能缺陷，导致胚胎发育过程中出现异常，如胚胎停育、流产或先天畸形等。
单精子显微注射技术——解决因精子问题导致的不育症
在自然受孕过程中，精子需要经历一系列复杂的生理反应，包括顶体反应、穿越透明带等，才能与卵子结合。然而，当男性存在严重的少精子症、弱精子症或畸形精子症时，这些自然过程可能无法顺利完成，导致不育。此时，单精子显微注射技术便成为了一种有效的解决方案。
单精子显微注射技术针对男性精子问题而设计，也被称为第二代试管婴儿技术，其核心在于通过显微操作，将单个精子直接注入卵母细胞的胞浆内，从而绕过自然受精过程中精子需要穿越卵子透明带的障碍。
单精子显微注射的操作过程即使用一根极细的显微操作针，将经过筛选的单个精子注入到卵母细胞的胞浆内。这一过程需要极高的精确度和技巧，以确保精子能够成功进入卵子。受精成功后，受精卵将被培养至早期胚胎阶段，并移植到母体子宫内，以期实现妊娠。
注：建议男性在备孕期间戒烟、限制酒精摄入、保持健康饮食和规律作息等，有助于提高精子的成熟度和质量。减少接触有害化学物质、辐射等环境因素，保护精子免受损伤。
[1] Kawai T, Morioka S, Miyata H, Andriani RT, Akter S, Toma G, Nakagawa T, Oyama Y, Iida-Norita R, Sasaki J, Watanabe M, Sakimura K, Ikawa M, Sasaki T, Okamura Y. The significance of electrical signals in maturing spermatozoa for phosphoinositide regulation through voltage-sensing phosphatase. Nat Commun. 2024 Aug 24;15(1):7289.
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