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精子之間的競爭相當激烈——只有最先抵達的精子才能與卵子融合，完成受精。近日，一組德國研究者發現了一種能影響精子快速遊動的 RAC1 蛋白。當這種活性蛋白水平達到最佳值時能夠提高單個精子的競爭力。此外，有些精子可能會通過給其他精子「下毒」來達到它們的「最終目的」。
翻譯 | 李姍珊
編輯 | 魏瀟
精子遊向卵子的過程是名副其實的生命競賽。決定競賽贏家的難道純粹是運氣麼？一項新研究顯示，不同精子之間的競爭能力也有差別。在小鼠中，一種天生的「自私」 DNA 片段打破了傳統的基因遺傳規律。攜帶這種基因片段的精子成功幾率高達 99%。
來自德國馬克斯·普朗克分子遺傳學研究所（Max Planck Institute for Molecular Genetics，MPIMG）的研究團隊描述了這種名為「t-單倍型」（t-haplotype）的基因片段是如何提高受精成功率的。
研究團隊的實驗首次發現，攜帶 t-單倍型片段的精子漸進性（progressive）更強，即直線前進的速度相較普通精子要更快，因此這些特殊精子在卵子受精過程中更具優勢。研究者對單個精子的分析顯示，移動過程中前進慢的精子一般具有普通的遺傳信息，而前進程度更快的精子一般攜帶 t-單倍型片段。
最重要的是，研究者將這種精子移動上的差別與 RAC1 蛋白聯系了起來。這種分子通過激活其他蛋白，將信號從細胞外傳輸至胞內。此前研究顯示，RAC1可能參與將白細胞或癌細胞引導至散發化學信號細胞的過程。這項新研究顯示，RAC1 可能還負責將精子細胞導航至卵子，讓精子「嗅到」它們的目標。
「單個精子的競爭力取決於 RAC1 的活性水平；RAC1 活性過高或過低都可能幹擾精子前進，」本研究第一作者、MPIMG學者 Alexandra Amaral 表示。
跑贏對手
研究者發現，如果小鼠的 17 號染色體中只有含有單個 t-haplotype （雜合子），那麼它產生的精子中只有部分具備直線移動能力，而另一些則表現較差。他們檢測了單個精子，發現基因「普通」的精子大多無法直線前進。但在向精子群施加 RAC1 抑制物後，基因「普通」的精子也具備了前進性，並且 t-haplotype 精子的優勢消失了。這表明RAC1 活性異常可能幹擾精子的漸進運動能力。
該結果解釋了為什麼 17 號染色體上攜帶一對 t-haplotype 的雄性小鼠（純合子）表現出不育。這些小鼠產生的所有精子都攜帶 t-haplotype，其中 RAC1 活性水平顯著高於基因正常的小鼠產生的精子，且基本無法遊動。
此外，對於 17 號染色體上均不攜帶 t-haplotype 的正常小鼠來說，給它們的精子施加 RAC1 抑制劑後，精子的漸進運動也被幹擾了。因此，RAC1 活性過低也對雄性小鼠不利。研究者猜測，部分男性不育可能與上述 RAC1 的活性異常有關。
給競爭對手「下毒」
「攜帶 t-單倍型的精子還可能會幹擾其他不具備該片段的精子，」 MPIMG發育遺傳學部門主任、柏林夏裏特醫學院遺傳醫學部主任 Bernhard Herrmann 說道。「這裏的精妙之處在於，它給所有精子‘下毒’，同時為自己生產解毒劑。」他解釋道。「我們可以把這種情況想象一場馬拉松。參加比賽的所有選手都喝下了毒藥，只有少數幾位選手同時還喝了解藥。」
就如他與同事們發現的那樣，t-單倍型片段中的部分變異可能會在精子發生的早期就產生幹擾分子，擾亂正常精子運動。只要攜帶 t-單倍型，小鼠產生的所有精子都攜帶這種幹擾分子，也就是被「下毒」。
而「解毒藥」直到精子成熟期才會起效。這個過程中減數分裂讓每個精子只含有一半的染色體。擁有 t-單倍型的那一半精子才能夠逆轉幹擾分子造成的負面影響。
「我們的研究顯示，精子是毫不留情的競爭者，」 Herrmann 表示。此外，t-單倍型的例子顯示，一些基因可能通過「肮髒手段」保證自己得到延續的機會。「遺傳差異讓部分精子在生命競賽中獲得優勢，這保證了一些特定基因變異能夠傳遞給下一代，」研究者表示。
