持续稳定的精子发生需要不间断的能量供应。之前的研究揭示,生精细胞位于曲精细管的特殊环境内,其能量供应依赖于支持细胞,尤其是支持细胞提供的乳酸。但目前,支持细胞通过分泌乳酸调控精子发生这个结论,依然没有遗传学证据支持。本研究采用条件性敲除小鼠模型,在支持细胞特异敲除编码乳酸脱氢酶A亚基的基因(lactate dehydrogenase A,Ldha) , 研究支持细胞源乳酸降低对生精细胞各个阶段发育的影响。结果表明,条件性敲除小鼠的支持细胞乳酸显著下降了90%,小鼠睾丸重量和生育能力显著下降。精原细胞和精母细胞没有受到Ldha敲除的影响,但精子变形出现明显障碍,生精上皮呈现出紊乱状态,七八期的数目显著减少。精子质量和形态学检测发现,敲除小鼠精子的运动能力和精子质量也呈现出大幅度的下降,精子的质膜和线粒体膜出现肿胀和破碎现象。体外受精实验表明,支持细胞Ldha敲除小鼠精子结合卵子透明带的能力、支持胚胎发育的能力显著受损。对精子进行代谢组学检测发现,敲除小鼠的精子中有47个上调代谢物,433个下调代谢物,其中,脂质类的代谢通路显著上调,但是糖酵解代谢途径显著下降。进一步的分析发现,支持细胞源乳酸的降低,导致精子中胆碱和含胆碱代谢物含量降低。饲喂试验表明,胆碱能部分恢复敲除小鼠的生育能力。综上所述,支持细胞乳酸脱氢酶的缺失对精子变形造成的损伤,而该损失主要是通过影响精子中胆碱的代谢产生的。乳酸如何调控胆碱代谢,需要进一步研究。
在支持细胞特异敲除Ldha基因,导致精子变形异常。精子质膜严重受损,受精能力显著降低。(Zhang et al., Biology, 2022)