Spermiefunktion
in vivo kan ejakulerad sperma från alla eutheriska däggdjur inte befruktas tills de har genomgått kondensation, vilket gör att akrosomreaktionen (AR) kan äga rum när spermatozoa närmar sig eller kontaktar oocyten . Kondensation är ett tidsberoende fenomen, med den absoluta tidskursen är artspecifik ., Det förbereder spermierna för att genomgå AR med den medföljande frisättningen av lytiska enzymer och exponering av membranreceptorer, vilka krävs för spermiepenetration genom zona pellucida (ZP) och fusion med oolema . Spermatransport genom det kvinnliga könsorganet kan ske ganska snabbt (gånger så kort som 15-30 min har rapporterats hos människor), medan kondensation kan ta från 3 h till 24 h . Det spekuleras; därför är den kondensationen inte avslutad förrän spermatozoa har gått in i cumulus oophorus., Denna fördröjning är fysiologiskt fördelaktig eftersom spermatozoa inte svarar på AR-inducerande signaler tills de närmar sig ZP, vilket förhindrar för tidiga ARs som i slutändan leder till spermiernas oförmåga att tränga in i äggkläderna . Spermkapacitation är en postejaculatorisk modifiering av spermplasmamembranet, vilket innefattar mobilisering och / eller avlägsnande av ytkomponenter, inklusive glykoproteiner, dekapacitationsfaktor, akrosomstabiliserande faktor och akrosinhämmare. Spermkapacitation innebär stora biokemiska och biofysiska förändringar i membrankomplexet och energimetabolismen., Närvaron av höga koncentrationer av kolesterol i den seminala plasman, som upprätthåller en hög kolesterolkoncentration i spermembranen, verkar vara den viktigaste faktorn för att hämma kondensation . Kondensation är förknippad med en ökad membranfluiditet, orsakad av avlägsnande av kolesterol från spermiememembranet via sterol acceptorer närvarande i de kvinnliga tarmkanalen sekret . En markant förändring i spermierotiliteten, som heter hyperaktivering, är också förknippad med kondensation., Hyperaktiverade spermatozoer uppvisar ett extremt kraftfullt men icke-progressivt motilitetsmönster, som ett resultat av Ca2 + tillströmning, vilket orsakar ökad flagellär krökning och extrem lateral rörelse av spermiehuvudet . Proteasom deltar i aktivering av kalciumkanaler som också leder till ökad membranfluiditet och permeabilitet . Dessa händelser följs av, eller förekommer samtidigt med, (1) en minskning av netto ytladdning, (2) devoided område av intramembranprotein och steroler, och (3) ökade koncentrationer av anjoniska fosfolipider ., Hyperaktiverad motilitet är nödvändig för spermiernas inträngning i de intakta oocyt–cumuluskomplexen både in vitro och in vivo .
spermatzonen binder till ZP med sitt intakta plasmamembran efter att ha trängt in i cumulus ooforus. Spermbindning sker via specifika receptorer till ZP-glykoproteiner som ligger över det främre spermhuvudet . Glykosylering av ZP-glykoproteiner är en viktig aspekt av sperm–ZP-interaktion., Man tror att humant ZP-glykoprotein-3 (ZP3) har en central roll vid initiering av AR ; Det har dock nyligen visat sig att human ZP1 och ZP4 också är inblandade i processen . AR är en stimulanssekretion kopplad exocytotisk händelse där akrosomet smälter med det överliggande plasmamembranet . De multipla fusionerna mellan det yttre akrosomala membranet och plasmamembranet resulterar i frisättning av hydrolytiska enzymer (mestadels akrosin) och exponering av nya membrandomäner, vilka båda är väsentliga om befruktning ska fortsätta vidare., De hydrolytiska enzymerna som frigörs från akrosomet smälter ZP, vilket gör att spermatzonen tränger in i oocyten . AR verkar vara fysiologiskt inducerad av naturliga stimulanser som follikulär vätska (FF), progestin, progesteron och hydroxiprogesteron . Follikulär vätska och cumulusceller innehåller proteinbundet progesteron som har identifierats som ett av de viktigaste akrosom-reaktionsinducerande ämnena . Follikulär vätska stimulerar AR på ett dosberoende sätt ., En länk mellan lokalt producerad östradiol genom ejakulerad spermatozoa, AR och spermkapacitation beskrevs . Dessutom tyder bevis på att miljööstrogener kan avsevärt stimulera däggdjurs spermakapacitation och AR . Därför initieras AR förmodligen när ligander som produceras av oocyten binder till spermreceptorer. Denna signal transduceras intracellulärt via andra budbärare, vilket i slutändan leder till exocytos ., Ett antal andra budbärarvägar har identifierats i humana spermatozoer, inklusive de som resulterar i aktivering av cykliskt adenosinmonofosfat (cAMP), cykliskt guanosinmonofosfat (cGMP) och fosfolipidberoende proteinkinaser . Dessa kinaser kallas respektive proteinkinas a, proteinkinas G och proteinkinas C. Det är möjligt att dessa vägar interagerar för att säkerställa ett optimalt svar på rätt plats och tid under fertiliseringsprocessen., Även om koncentrationen av cGMP i sperma från människa är nästan sju gånger lägre än cAMP, spekuleras det att båda nukleotiderna har en liknande roll i AR eftersom deras beroende proteinkinaser är nära besläktade . AR kan också induceras av artificiella stimulanser som orsakar och ökar intracellulärt kalcium i spermier .
akrosom integritet är avgörande för befruktning. En hög andel spermier med intakta akrosomer ses i ejakulat av normala män. I sådana individer kan dock, frisörer 5-20% spermceller uppvisa spontana ARs som inte har någon klinisk betydelse ., Omvänt kan flera onormala tillstånd som påverkar spermiernas akrosom leda till minskad fertiliseringsförmåga. Acrosomeless round-headed spermatozoa (globozoospermic spermatozoa) kan inte befrukta oocyterna, och ökade procentandelar av morfologiskt onormala akrosomer var relaterade till fertiliseringsfel i assisterad reproduktionsteknik (ART) med konventionell in vitro fertilisering (IVF) . För AR är ett tidsberoende fenomen, det kan inte ske för tidigt eller för sent ., Både för tidig AR och spermatozoas oförmåga att frigöra det akrosomala innehållet som svar på korrekta stimuli (känd som AR-insufficiens) har associerats med oförklarlig manlig infertilitet . Även om orsaken till för tidig AR är okänd, verkar för tidig (stimulusoberoende) initiering av akrosomal exocytos vara relaterad till en störning av plasmamembranstabiliteten. I denna situation kan AR inte innebära en för tidig aktivering av receptormedierad process, utan snarare återspegla en inneboende bräcklighet hos spermembranet, vilket leder till en receptoroberoende akrosomalförlust ., Antispermantikroppar (Asa) kan påverka spermiernas förmåga att genomgå kondensation och AR negativt . Chang et al. rapporterade en minskning av fertiliseringshastigheten antingen av IgG direkt bunden till spermier eller IgM närvarande i kvinnligt serum. Kombinationen av IgG och IgA kan ha en synergistisk negativ effekt på befruktning . Giftiga ämnen till spermier kan också påverka AR. Höga koncentrationer av dietfytokemikalier, såsom genistein, isoflavon och β-lapakon, visades undertrycka AR på ett DOS – och tidsberoende sätt i råttmodellen ., Hämning av AR av genistein verkar involvera proteinkinas C-vägen medan β-lapakon har en direkt cytotoxisk effekt på spermcellmembranet. Det föreslås att genistein och β-lapakon kan ha en inverkan på manlig fertilitet genom ar-suppression i höga doser och AR-induktion i låga doser . Kalciumkanalblockerare kan också störa den ar-exocytotiska händelsen., Spermie inkubation med kalciumblockerare, såsom trifluoperazin (calmodulin-hämmare), verapamil (Ca2+ kanalinhibitor) och nifedipin (spänningsberoende Ca2+ kanalinhibitor) minskade signifikant förmågan hos hamstersperma att genomgå AR .
de senaste publikationerna om AR har fokuserat på de biokemiska och funktionella aspekterna av spermie–oocytfusion. Det har visats att hos människor binder ZP1 förutom ZP3 och ZP4 till kondenserade spermatozoer och inducerar akrosomal exocytos ., ZP3-inducerade AR innebär aktivering av T-typ spänningsstyrda kalciumkanaler (VOCCs), medan ZP1 – och ZP4 involverar T – och L-typ VOCCs. Chiu et al. rapporterade att glykodelin-A, ett glykoprotein närvarande i det kvinnliga reproduktionssystemet, sensibiliserar spermatozoa till ZP-inducerad AR i en glykosyleringsspecifik mekanism som involverar aktivering av adenylylylcyklas / PKA-banan, undertryckande av extracellulär signalreglerad kinasaktivering och uppreglering av ZP-inducerad kalciuminflöde., Dessa fynd tyder på att glykodelin-A kan vara viktigt in vivo för att säkerställa full respons hos mänskliga spermatozoer till ZP.