这一突破或将实现男性避孕

生物化学与分子生物学系助理教授、该研究的资深作者梅兰妮·巴尔巴赫表示：“精子的新陈代谢很特别，因为它只专注于产生更多能量以实现一个单一目标——受精。” 射精前，哺乳动物的精子处于低能量状态。一旦进入雌性生殖道，它们会迅速发生转变：开始更有力地游动，并调整最终会与卵子相互作用的外膜。这些变化需要能量产生突然且显著的增加。

巴尔巴赫说：“许多类型的细胞都会经历这种从低能量状态到高能量状态的快速转换，而精子是研究这种代谢重编程的理想对象。” 她于2023年加入密歇根州立大学，以扩展其在精子代谢方面的开创性研究。

### 追踪为受精供能的“燃料”

在威尔康奈尔医学院工作期间，巴尔巴赫曾助力证明，阻断一种关键的精子酶会导致小鼠暂时不孕。这一发现凸显了非激素男性避孕药的可能性。尽管科学家们知道精子需要大量能量来为受精做准备，但这种能量激增背后的确切机制直到现在才得以明确。

巴尔巴赫的团队与纪念斯隆·凯特琳癌症中心和范安德尔研究所的合作者共同开发了一种方法，用于追踪精子如何处理葡萄糖——一种它们从周围环境中吸收并用作燃料的糖。通过绘制葡萄糖在细胞内的化学路径，研究人员发现了未激活精子和已激活精子之间的明显差异。

巴尔巴赫解释道：“你可以把这种方法想象成将汽车车顶漆成亮粉色，然后用无人机追踪这辆车在车流中的行驶轨迹。” 她说：“在激活的精子中，我们看到这辆‘粉色汽车’在车流中行驶得更快，同时倾向于选择一条独特的路线，甚至能看到它容易在哪些‘十字路口’卡住。”

借助密歇根州立大学质谱与代谢组学核心设施等资源，该团队绘制出了精子实现受精所依赖的多步骤、高能量过程的详细图景。

### 醛缩酶与精子代谢的调控

研究发现，一种名为醛缩酶的酶在将葡萄糖转化为可用能量方面起着关键作用。研究人员还了解到，精子在旅程开始时会利用自身携带的内部能量储备。此外，某些酶像调节器一样，指导葡萄糖如何通过代谢途径，并影响能量产生的效率。

巴尔巴赫计划继续研究精子如何依赖不同的燃料来源（包括葡萄糖和果糖）来满足其能量需求。这一研究方向可能会影响生殖健康的多个领域。

### 对不孕不育和非激素避孕药的意义

全球约六分之一的人受到不孕不育的影响。巴尔巴赫认为，研究精子代谢可能会带来更好的诊断工具和改进的辅助生殖技术。这些发现还可能支持新的避孕策略的开发，特别是非激素方法。

巴尔巴赫说：“更好地理解精子激活过程中葡萄糖的代谢是重要的第一步，现在我们的目标是了解我们的发现如何适用于其他物种，比如人类精子。” 她补充道：“一种选择是探索我们发现的其中一种‘交通控制’酶是否可以被安全地用作非激素男性或女性避孕药的靶点。”

大多数男性避孕药的研发都集中在阻止精子产生上，但这种策略存在缺点：它不能提供即时、按需的不孕效果，而且许多选择依赖激素，可能会导致严重的副作用。巴尔巴赫的最新研究提出了一种替代方案：通过基于抑制剂的非激素方法靶向精子代谢，有可能在需要时暂时使精子功能失效，同时将不良影响降至最低。

巴尔巴赫说：“目前，约50%的怀孕是意外怀孕，这将为男性提供更多的生育选择和自主权。同样，这也为使用激素型女性避孕药的人带来了自由，因为激素型避孕药容易产生副作用。我很期待看到我们还能发现什么，以及如何应用这些发现。”

### 为何重要

精子必须大幅提升能量水平，才能完成通往卵子的艰难旅程并实现受精。科学家们现在已经揭示了精子如何利用周围环境中的葡萄糖来推动这种能量激增，揭示了其快速转变背后的燃料来源。这一发现加深了我们对生殖生物学的理解，并可能为更好的不孕不育治疗和创新的非激素避孕方法打开大门。该研究发表在《美国国家科学院院刊》上，由美国国家儿童健康与人类发展研究所支持。