PNAS：解密精子的求偶之旅

　　

生物通报道  来自伯明翰大学和华威大学的科学家们在新研究中解密了精子的求偶之旅，揭示了精子在女性生殖道中航行，沿着通道壁“爬行”，频繁碰撞游过拐角处的有趣过程。这一研究提供了关于精子如何找到卵子的新见解，对未来开发出治疗不育夫妇的革新性技术具有重要的意义。相关论文发布在5月8日的《美国科学院》（PNAS）杂志上。

在文章中，来自华威大学工程学院的Petr Denissenko博士和伯明翰大学生殖生物学负责人Jackson Kirkman-Brown博士探究了数十个能够找到卵子的细胞与精液中其他数百万精子细胞相区别的特性。

根据作者们的报告，与流行的观点相反，精子很少游过三维的女性阴道中央，而是沿着阴道壁行走，这表明在机体中它们通过的是充满了粘性液体的复杂的曲折的通道。

为了在密闭的空间内研究细胞行为，细胞被注入到了如头发般细微的微通道中。

 “当通道急转弯时，细胞离开拐角，继续向前直至冲撞到对面的通道壁上，通过流体粘性调控改变离去角度，”作者们在报告中写道。

特殊的壁形状能够优先引导活动细胞。由于沿着转角游过，细胞占据的区域基本上变成了一维的。这样导致了频繁的碰撞，为塑造迁移细胞群行为所需。

伯明翰妇女生育中心科学领导Kirkman-Brown博士评论说：在生殖方面有两个关键的问题：

数百万的精子是如何被挑选在到达卵母细胞时只剩约10个的？以及

我们是否能用相似的方法来选择用于生育治疗的精子？

“由基本概念而言，就是要在精液的数百万个精子中找到百米飞人‘博尔特’(Usain Bolt)。通过这样的研究我们正在了解良好的精子是如何通过小迷宫一路航行的，”Kirkman-Brown说。

来自华威大学的Denissenko博士补充道：“精子沿着阴道壁前进是一个复杂生理系统遵循非常简单的机械原理的一个范例。我从事各种环境中的流体研究，然而转向研究人类活精子却是一个极大的转变。当我第一次看到精子坚持在急转弯处突然转向，迎面撞到对面的微通道壁上时，忍不住哈哈大笑。”

Kirkman-Brown博士说：“从前的研究表明精子头部的形状可以微妙地影响精子的游动。通过与该数据结合，我们相信开发出选择精子的新方法将成为可能。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Human spermatozoa migration in microchannels reveals boundary-following navigation

The migratory abilities of motile human spermatozoa in vivo are essential for natural fertility, but it remains a mystery what properties distinguish the tens of cells which find an egg from the millions of cells ejaculated. To reach the site of fertilization, sperm must traverse narrow and convoluted channels, filled with viscous fluids. To elucidate individual and group behaviors that may occur in the complex three-dimensional female tract environment, we examine the behavior of migrating sperm in assorted microchannel geometries. Cells rarely swim in the central part of the channel cross-section, instead traveling along the intersection of the channel walls (“channel corners”). When the channel turns sharply, cells leave the corner, continuing ahead until hitting the opposite wall of the channel, with a distribution of departure angles, the latter being modulated by fluid viscosity. If the channel bend is smooth, cells depart from the inner wall when the curvature radius is less than a threshold value close to 150 μm. Specific wall shapes are able to preferentially direct motile cells. As a consequence of swimming along the corners, the domain occupied by cells becomes essentially one-dimensional, leading to frequent collisions, and needs to be accounted for when modeling the behavior of populations of migratory cells and considering how sperm populate and navigate the female tract. The combined effect of viscosity and three-dimensional architecture should be accounted for in future in vitro studies of sperm chemoattraction.