江 峰 綜述 孫曉溪 審校

上海集愛遺傳與不育診療中心（上海 200011）

女性體內的類固醇激素孕激素是由卵巢和胎盤產(chǎn)生的，這種激素能通過孕酮受體來支持受孕和胚胎形成。而另一種孕酮，由卵子周圍的顆粒細胞和泡膜內層細胞釋放的孕酮也在輸卵管內刺激精子細胞，增強它們使卵子受精的能力。孕酮在雌性生殖道內的分布呈現(xiàn)濃度梯度，當精子進入雌性生殖道以后，低濃度的孕酮快速誘導精子內Ca2+離子含量增加，誘導精子獲能。孕酮濃度增加從0.1到1μmol/L 濃度，能提高精子的前向運動和超活化運動。在趨化性的引導下精子到達輸卵管壺腹部與卵細胞相遇，5μmol/L 濃度的孕酮能夠激活精子頂體反應，使得精子順利穿過透明帶和卵細胞膜最終完成受精作用[1]，以往孕酮這種作用的機制一直不清楚。而探討孕酮該效應一直是生殖領域的研究熱點。

孕酮是調節(jié)哺乳動物成熟精子功能最重要的生理激素，能瞬間增加精子胞內Ca2+離子和cAMP含量，激活精子獲能、超活化、趨化性和頂體反應等生理功能，由于成熟精子基因轉錄沉默，孕酮的生理效應主要通過相關性膜受體介導的非基因組效應（通過激活細胞膜孕酮膜受體在短時間內調控下游信號轉導來實現(xiàn)，不改變核基因的表達）[2]完成。

一、陽離子通道蛋白（CatSper）

精子中表達6個跨膜螺旋重復單位的離子通道樣蛋白被命名為精子陽離子通道蛋白。目前共有4個成員，即CatSper 1-4，是精子特異的電壓門控型Ca2+離子通道，定位于精子尾部主段的質膜上[3]。目前發(fā)現(xiàn)CatSper1或CatSper2基因突變會導致男性遺傳性不育癥[4]。

2011年兩個獨立研究小組報告[5,6]，孕酮能夠強力激發(fā)精子鞭毛上的主要Ca2+離子通道。數(shù)據(jù)表明，CatSper通道或由一個直接相關的膜蛋白起著一種新型孕酮受體的作用，該受體能調控孕酮在精子質膜層面上快速的、非基因組性質的效應。這些結果應能幫助確定孕酮和CatSper在精子中的生理作用，并且還可能導致新型非激素類避孕藥的研發(fā)。

主流觀點認為孕酮對精子功能的調節(jié)效應與精子特異性Ca2+通道CatSper密切相關。具體而言，CatSper收到孕酮信號后與孕酮結合，通道打開，這樣Ca2+離子就可以進入精子內，從而引發(fā)鞭毛擺動加快。孕酮是從卵細胞周圍釋放出來的，因此隨著孕酮的釋放，這種信號就形成一個濃度梯度，精子通過CatSper接受信號，越靠近卵子，孕酮水平越高，精子游動越快，最后到達卵細胞，與卵細胞融合，這種濃度梯度為精子的準確定位提供了可靠信息。并且，由CatSper通道介導的鞭毛Ca2+離子內流甚至導致精子頭部Ca2+離子水平升高（可能是由于位于精子頸部細胞內池的依賴性Ca2+釋放），由此而促成Ca2+離子依賴性頂體反應[7]。因此由孕酮激活的CatSper通道可引起所有3種Ca2+離子依賴反應，即超活化、趨化作用及頂體反應[8]。

二、孕酮膜受體ABHD2

然而以往精子中孕酮膜受體和孕酮對精子的具體作用機制仍不明確，2016年加州大學伯克利分校研究人員發(fā)現(xiàn)了孕酮膜受體（abhydrolase domain containing protein 2, ABHD2）蛋白功效，認為ABHD2（mSH超家族成員）是孕酮的膜受體，是精子中孕酮的非基因組效應的核心功能蛋白[9]。該受體在精子中含量很高，也存在于許多其他組織中，并且可能是孕酮對神經(jīng)細胞、平滑肌和肺組織等作用的控制開關。ABHD2的作用機制是與孕酮結合，激活ABHD2的三酰甘油脂肪酶活性，分解CatSper的抑制劑1AG/2AG，使CatSper處于活化狀態(tài)，Ca2+離子內流，激活下游信號而起作用[10]。

三、影響通道的因素和意義

由于精子陽離子通道CatSper對精子的超活化及生育能力至關重要，孕酮是通過ABHD2激活人類精子的CatSper，但ABHD2受體孕酮的特異性作用尚未完全明確。2017年同樣在加州大學伯克利分校研究人類精子在男性和女性生殖道中暴露的其他類固醇激素是否通過調節(jié)ABHD2影響CatSper激活[11]，發(fā)現(xiàn)睪酮、雌激素和皮質醇（又稱氫化可的松）不能直接激活CatSper，但它們可以減少或阻止孕酮對CatSper的活化。分析其原因可能是睪酮以比孕酮更高的親和力與ABHD2結合，從而阻止CatSper活化[5]，并且直至它在女性生殖道中被去除。

另外，精子在女性子宮和輸卵管中遇到富含雌激素（E2）的環(huán)境，E2不會改變CatSper電流，但也不允許孕酮通道完全激活，以防止鈣離子流入過早并因此導致精子活化，起著不太有效的孕酮拮抗劑作用。排卵后，E2水平降低，孕酮濃度增高[12]且卵母細胞周圍的卵丘細胞也分泌孕酮，使得精子隨孕酮濃度梯度變化而游向卵細胞，孕酮有可能超過E2，導致CatSper活化，孕酮也是E2的天然拮抗劑[13]。

眾所周知壓力和皮質醇（氫化可的松）會通過抑制精子生成和減少精子濃度和精子活力，導致男性生育能力降低[14,15]。同樣也會影響女性的生育能力。在體外受精的女性中，尿皮質醇水平會從230 nmol增加到500 nmol[16]。氫化可的松阻斷孕酮CatSper激活濃度為153nmol以上。因此女性生殖道中的應激激素水平升高可能不僅損害卵子早期階段，而且精子獲得其受精潛能的晚期階段也會受損，造成不育[11]。

綜上所述，睪酮、 雌激素和皮質醇這3種類固醇激素都會與孕酮競爭，阻止精子尾部誘發(fā)鞭狀運動，雖都不能單獨激活CatSper，但比孕酮有更高的與ABHD2結合的能力，從而阻止CatSper活化。其中只有睪酮激素和皮質醇激素在機體正常水平下能夠發(fā)揮競爭作用。這表明女性壓力過大、睪酮等水平高會在一定程度上阻止精子進入卵細胞，從而降低她們的受孕概率。

在人類除了孕酮外，另一種類固醇激素硫化孕烯醇酮（PregS），其結構上與孕酮類似，也以類似于孕酮的方式激活精子鈣離子通道CatSper，通過ABHD2機制來激活CatSper與孕酮所示的通道激活機制相同[9]。這兩種物質競爭ABHD2結合位點，但需要進一步研究以揭示PregS和孕酮是否協(xié)同或獨立地活化CatSper。另外通過計算機精子輔助分析系統(tǒng)（CASA）顯示，盡管孕酮增加了精子超活化能力，但PregS卻沒有，這可能是由于PregS是帶電荷的分子，不能通過質膜[17]。而考慮孕酮可能激活額外的細胞內途徑，即精子質膜需要去極化，并通過孕酮介導的抑制鉀離子通道KSper來實現(xiàn)[18]，該通道產(chǎn)生完全依靠CatSper激活所需的膜去極化。孕酮可以從細胞內側抑制KSper，但PregS則不能穿過質膜，說明孕酮能夠引起更顯著的超活化和生理意義。

以往精卵相互作用的研究偏少，男女避孕的方法更是各自分開研發(fā)，通過上述研究則可能存在實現(xiàn)男女共同避孕的目標和項目。Lishko等[19]發(fā)現(xiàn)有兩種存在于雷公藤、蘆薈等植物中的天然化合物扁塑藤素（pristimerin）[20]和羽扇豆醇（lupeol）[21]能夠在低劑量的濃度下有效阻止受精作用，且對精子、卵子不會造成負面影響。

這兩種化合物具有類似于類固醇的功能：干擾孕酮激素與ABHD2蛋白結合，封鎖CatSper通道，可以阻止精子的活躍運動，使其重回原非活躍狀態(tài)。但這種機制并不會影響精子本身的生存能力，且對精子細胞無毒副作用，精子依然可以游動，只是沒有足夠的動力促使它們進入卵細胞而已[19,22]。中醫(yī)藥學中曾有將雷公藤葉子作為避孕藥材的記載，但是這種天然植物有很大的毒性。羽扇豆醇存在于芒果、蘆薈以及蒲公英的根中，以往科學家們多對它的抗癌效應感興趣，但是它同樣具備避孕功效。Lishko等[19]認為這兩種來源于植物的化合物可以在非常低的劑量下實現(xiàn)避孕，比常用避孕藥劑量低10倍，且它們是屬植物性、無毒、無激素的化合物。若精子一旦進入女性生殖系統(tǒng)，需要5～6h發(fā)育成熟。這一段時間足以使該極低劑量藥物進入系統(tǒng)，阻止受精過程而達到避孕效果，這樣的話，這兩種化合物勢必成為更好的避孕選擇，稱它們?yōu)椤胺肿影踩住薄?目前，Lishko等[19]正以靈長類動物為模型，驗證這兩種化合物阻止體外受精的效果。與此同時，考慮到從野生植物中提取化合物的性價比太低，他們試圖篩選出廉價的三萜類化合物。

還有特別值得考慮ABHD2作為孕酮膜受體的核心蛋白，需要更進一步了解在臨床不育男性與正常生育男性之間的表達及分布情況，以及不同類型不育中ABHD2基因是否存在突變。且不同個體精子對孕酮的反應可能不一致，是否可能是由于ABHD2這種表達差異，進而成為評估精子活性和功能的新指標，為某些男性不育機制研究開拓新思路。另外通過對ABHD2上下游信號通路研究，孕酮是否通過ABHD2調控cAMP-PKA信號通路進而影響精子的功能活性，對闡明受精等作用具有臨床意義。