科學家新發現：人類精子細胞的尾巴上竟有螺旋結構

研究人員運用3D成像技術，首次發現人類精子細胞尾部存在一個螺旋結構。關於螺旋結構的功能尚不清楚，不過，隨著研究深入，這一螺旋結構或將有助於科學家們研發出針對男性不育症的新藥物，或者研發出避孕的新方法。

科學家發現，人類精子細胞的尾部存在左手螺旋形狀。

供圖：DEAGOSTINI, GETTY

撰文：ELAINA ZACHOS

啊，人類的精子。對於一個成熟的男性精子而言，這個微管對於有性繁殖十分關鍵。它看上去像是一隻小小的透明蝌蚪，有頭部、中部，還有一根擺動的尾巴幫助它游向卵子去受精。一名男性每秒鐘能產生1500顆精子，而一次釋放則能排出2.5億顆。

儘管關於生殖，我們已經知之甚多，但是，科學家卻並沒有把單個精子細胞的結構徹底研究清楚。

瑞典哥德堡大學的博士生Davide Zabeo稱：「關於原生動物的研究很多，已知的也很多，但是對人體細胞已知的卻沒有那麼多。」

隨著全新成像技術——低溫電子斷層掃描的出現，這一知識鴻溝將會越來越小。低溫電子斷層掃描技術，可以放大細胞，為其3D成像。Davide Zabeo運用這項技術，研究了人類精子，並將研究成果發表在了《Scientific Reports》上。

他們的研究發現，精子尾部末端有一個微小的左手螺旋結構，之前從未有人觀測到過。這項發現或許能說明為何有些精子的遊動能力比其它精子更強，並有助於研發新藥物，治療不育症或用於避孕。

低溫電子斷層掃描技術

低溫電子斷層掃描技術（cryo-ET），結合了電鏡成像與CT（計算機斷層）掃描。運用這種技術進行研究時，研究者會把某個生物樣本，比如單個細胞、組織或者器官進行快速冷凍。然後，樣本被削薄，並在電鏡下成像。將樣本速凍，能確保其保持含水狀態，科學家在研究它的時候，它的狀態與自然狀態極為相近。

「從根本上說，該技術只是辨別出人們能分離出來的蛋白質。藉助這項技術，我們可以很好地觀察到沒有被其它技術改變的東西。這是我們能用到的最好的辦法。它讓我們看到的，是似乎還活著的東西。」該研究論文的合著者、科羅拉多大學博爾德分校的Garry Morgan說道。

成像結果是什麼呢？是精細的、高質量的圖像，即便是納米級別的物體，這種技術也可以渲染出3D圖像。

如果不把細胞削薄，對於低溫電子斷層掃描來說就太厚了。不過，精子的錐形尾部足夠細，可以用這種技術來研究。精子首次被3D成像是在2012年。當時的科學家發現，儘管大多數精子都是沿著直線軌跡行進，但仍有一些沿著螺旋軌跡運動，而且還「超級活躍」。

驅動精子細胞運動的尾巴或鞭毛，由三部分組成：一個「螺旋槳」部位、包含著許多轉化能量的線粒體的中段，還有尾部末端的一個端點。研究人員發現，末端的這個端點約佔整個鞭毛的十分之一，其中包含有一個左手螺旋狀的細胞結構。

截至目前，科學家尚不清楚為什麼精子細胞會有這種螺旋結構，但他們有若干種推測：這種結構或許起著「塞子」的作用，防止細胞內的微管生長和萎縮；它還可能有助於引導精子的能量，用於游向卵子。

研究展望

如果研究人員能夠解開這種螺旋結構的更多奧秘，他們將會針對精子尾巴的能量驅動機制進行更多研究。畢竟，在分子層面上，我們尚未完全理解鞭毛。

最終，這類研究將有可能解決男性不育問題。男性不育問題可能由男性激素水平、遺傳和環境條件導致。在所有不孕不育的病例中，三分之一以上的問題都出在男性身上。

隨著研究深入，科學家們可以研究不育症患者的精子細胞螺旋結構，尋找螺旋結構的功能與不育症之間是否有關聯。

這類研究成果最終可以用於研發藥物，幫助不育的男性，或者可以用來研發新的避孕方法。低溫電子斷層掃描技術大有前景。

Zabeo說：「這項技術的應用還不是很多，因此，還有很多未知領域等待著用它來了解和觀察。」

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