5-氨基左旋丁酸通过增强线粒体功能来改善解冻后雄性鱼精子的质量

《Poultry Science》：5-aminolevulinic acid improves drake post-thaw sperm quality via enhancing mitochondrial function

本研究通过添加不同浓度的5-氨基酮戊酸（5-ALA）至冷冻extenders中，评估了其对天鹅绒鸭精子解冻后功能的影响。结果表明，500 μM的5-ALA显著提高了精子活力、运动能力和抗氧化能力，并通过增强线粒体呼吸链效率、减少活性氧积累和脂质过氧化作用，保护了精子膜和核结构完整性。

　　本研究聚焦于5-氨基乙酰丙酸（5-ALA）在水禽精子冷冻保存中的应用，探讨其对精子功能和结构的保护作用。冷冻保存是保存和利用家禽遗传资源的重要手段，尤其在遗传改良和人工授精技术中发挥着关键作用。然而，精子在冷冻过程中常常受到低温压力和物理损伤的影响，导致线粒体功能受损，从而显著降低解冻后的精子质量和受精能力。为了改善这一现状，研究团队在冷冻延展液中添加不同浓度的5-ALA（0、100、250、500和1000 μM），并通过一系列指标评估冷冻后精子的性能，以揭示5-ALA在精子冷冻保存中的潜在作用。

在实验设计方面，研究人员选取了五只健康的、性成熟的文登黑鸭作为供体，通过手动方法采集新鲜精子，并筛选出具有高活动性和低形态异常率的样本用于后续实验。为了减少个体差异，每次重复实验中，五只鸭子的精子被混合并均匀分配至五个处理组。整个实验重复三次，确保数据的可靠性和实验结果的稳定性。冷冻延展液的配制基于传统的EK溶液，并添加了8%的二甲基甲酰胺（DMF）以增强精子的抗冻能力。冷冻程序包括逐步降温至4°C、平衡15分钟后进入程序化冷冻设备，以-3°C/min的速度降至-1°C，再以-30°C/min的速度降至-140°C，最后在液氮中长期保存。解冻过程则采用37°C水浴30秒的方式进行，随后通过离心将精子转移至预热的离心管中，并在37°C下孵育15分钟，以恢复其活性。

研究结果表明，添加500 μM的5-ALA显著提升了冷冻后水禽精子的运动能力、活力和顶体完整性。与对照组相比，该浓度的5-ALA处理组的总运动能力提高了14.6%，而进步运动能力则增加了7.93%。此外，多个运动参数如曲线速度（VCL）、直线速度（VSL）、平均路径速度（VAP）、线性（LIN）、摆动（WOB）和侧向头部位移振幅（ALH）也得到了显著改善。值得注意的是，5-ALA处理组的运动频率（BCF）和直线度（STR）并未出现明显变化，这表明5-ALA主要影响的是运动速度和方向性，而非运动频率。顶体完整性的提升也与精子活力的改善相一致，这说明5-ALA对精子结构的保护作用可能有助于提高其受精能力。

进一步的分析显示，500 μM的5-ALA处理显著增加了精子中的血红素水平，并增强了线粒体复合体IV的活性，同时提高了线粒体膜电位（MMP）和三磷酸腺苷（ATP）的含量。这些结果表明，5-ALA通过促进线粒体的能量代谢，提高了精子的ATP生成效率，从而增强了其运动能力。线粒体是精子能量代谢的核心细胞器，其功能的维持直接关系到精子的活动力和受精能力。冷冻过程可能导致线粒体结构受损，进而影响ATP的合成效率和精子的稳定性。5-ALA通过提升线粒体膜电位和ATP水平，可能有助于恢复线粒体功能，维持精子在解冻后的活性。

此外，500 μM的5-ALA处理显著降低了精子中的活性氧（ROS）水平、脂质过氧化（LPO）含量、凋亡率和DNA断裂率。这些变化表明，5-ALA能够有效缓解冷冻过程中产生的氧化应激，减少ROS的积累，抑制LPO反应，从而间接保护精子膜和细胞核的完整性，维持其生存能力。ROS的积累是冷冻过程中导致精子损伤的重要因素之一，其在细胞内逐渐累积可能引发脂质过氧化、蛋白质氧化和DNA损伤，进一步削弱精子的活力和受精能力。5-ALA通过增强细胞的抗氧化能力，减少这些有害物质的生成，从而减轻冷冻对精子的负面影响。

研究还发现，5-ALA对线粒体复合体IV活性和血红素水平的影响具有浓度依赖性。在所有处理组中，500 μM的5-ALA处理组表现出最高的血红素水平和复合体IV活性，这与对照组及其他处理组形成显著差异。血红素作为细胞色素的重要辅因子，尤其在复合体IV中发挥关键作用，其含量的增加可能有助于提高电子传递效率，从而促进ATP的合成。在哺乳动物精子研究中，5-ALA已被证实能够增强血红素合成，提高复合体IV活性，并通过改善电子传递链（ETC）的效率提升ATP生成。这一发现进一步支持了5-ALA在水禽精子冷冻保存中的应用潜力。

从整体来看，本研究通过系统的实验设计和数据分析，揭示了5-ALA在水禽精子冷冻保存中的多重保护作用。它不仅通过改善线粒体功能和能量代谢来提升精子的运动能力和活力，还通过降低氧化应激和脂质过氧化来保护精子的结构完整性。这些机制的协同作用可能为优化水禽精子冷冻保存技术提供了新的思路。然而，尽管本研究在体外条件下验证了5-ALA的积极作用，但其在实际繁殖环境中的应用效果仍需进一步研究。未来的研究可以探索5-ALA在体内条件下的作用，以评估其对实际受精成功率的影响。此外，研究还可以扩展至其他水禽种类，以确定5-ALA的通用性和适用范围。

综上所述，本研究的结果表明，适当浓度的5-ALA能够有效提升水禽精子在冷冻保存过程中的质量，增强其运动能力和受精能力。这为家禽育种和人工授精技术提供了重要的理论依据和技术支持。通过优化冷冻延展液的配方，5-ALA的应用可能成为提高精子保存效率和繁殖效果的关键因素。未来的研究应进一步探讨其在不同环境条件下的表现，并结合实际应用需求，开发更高效的冷冻保存策略。这不仅有助于提高家禽遗传资源的利用效率，也为畜牧业的可持续发展提供了新的可能性。