新型纳米保护剂：延长公猪精液保存时间的新希望

研究人员为解决公猪精液保存难题，研究 EGCG@PDA NPs 纳米保护剂，显著延长保存时间，助力养猪业。

　　在养猪业蓬勃发展的当下，优质公猪精液的需求与日俱增。人工授精作为现代养猪业提升繁殖效率的关键手段，对公猪精液的质量和保存时间提出了严苛要求。然而，公猪精液在保存过程中面临着诸多挑战。一方面，精子中的胆固醇与磷脂比例较低，使得它们在低温环境下极易受到氧化损伤。过多的活性氧（ROS）会攻击精子的细胞膜、蛋白质和 DNA，导致精子活力下降、形态异常，甚至死亡。另一方面，蛋白质磷酸化水平的降低也严重影响精子的运动能力和受精潜力。这两个问题犹如两座大山，阻碍着公猪精液保存技术的发展，进而影响养猪业的经济效益。

为了攻克这些难题，上海交通大学农业与生物学院上海市兽医生物技术重点实验室的研究人员 Lirui Wang、Manyi Xiong、Jian Zhang 等人开展了一项极具意义的研究。他们致力于开发一种新型纳米保护剂，以延长公猪精液的保存时间，提升精子质量。该研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上，为养猪业带来了新的曙光。

在研究中，研究人员用到了多个关键技术方法。他们通过透射电子显微镜（TEM）对纳米颗粒的形态结构和大小进行观察分析，以此来确定合成的纳米颗粒是否符合预期。利用动态光散射（DLS）技术记录纳米颗粒的粒径分布和 zeta 电位，评估其稳定性。采用免疫印迹（Western blot）技术检测蛋白质的表达和磷酸化水平，深入探究纳米保护剂对精子相关信号通路的影响。

下面来看看具体的研究结果：

1. EGCG@PDA 纳米颗粒的合成与表征：研究人员成功构建了一种可调节尺寸的合成方法，制备出了粒径在 100nm - 400nm 的聚多巴胺纳米颗粒（PDA NPs），并进一步合成了负载表没食子儿茶素没食子酸酯的聚多巴胺纳米颗粒（EGCG@PDA NPs）。TEM 和 DLS 分析显示，EGCG@PDA NPs 呈现出良好的分散性和均匀的球形，zeta 电位为 - 35.2mV，具有较高的胶体稳定性。红外光谱和元素映射分析证实了 EGCG 成功封装在 PDA NPs 内。
2. 抗氧化能力和稳定性：通过 DPPH 自由基清除活性和 ABTS 总抗氧化能力测定，发现 EGCG@PDA NPs 在相同浓度条件下（6 - 12μg/ml）表现出最强且持续的抗氧化能力。在水溶液和生物环境（精液和 H?O?溶液）中，EGCG@PDA NPs 能保持一定时间的稳定性，并逐渐降解为小于 10nm 的超小颗粒，在 H?O?溶液中降解速度更快。
3. 对精子质量参数的影响：实验结果表明，不同浓度（1、2、3、4μg/ml）的 EGCG@PDA NPs 均能显著提高精子的活力参数，其中 4μg/ml 的 EGCG@PDA NPs 效果最为显著，可将精液保存时间从 3 天延长至 10 天。同时，该纳米保护剂还能有效维持精子的顶体完整性、线粒体膜电位（Δψm）和 ATP 水平，且呈浓度依赖性。
4. 优越性比较：与游离 EGCG、PDA NPs、EGCG/PDA NPs 混合物相比，EGCG@PDA NPs 在提高精子活力、维持顶体完整性、线粒体膜电位和 ATP 水平方面表现更优，展现出强大的协同作用。此外，用相同剂量的多巴胺（DA，4μg/ml）评估 EGCG@PDA NPs 的安全性，发现 DA 处理组精子活力高于对照组，表明 EGCG@PDA NPs 具有良好的生物相容性和安全性。
5. 抗氧化和抗凋亡机制：EGCG@PDA NPs 能够显著增强公猪精子的抗氧化能力，降低 ROS 和丙二醛（MDA）含量，同时激活细胞外调节蛋白激酶（ERK）信号通路，抑制精子凋亡。
6. 促进蛋白质磷酸化的机制：EGCG@PDA NPs 可通过多巴胺 D2 受体（D2DR）介导的环磷酸腺苷 / 蛋白激酶 A（cAMP/PKA）信号通路促进蛋白质磷酸化。研究发现，EGCG@PDA NPs 处理组中 PKA 底物（P - PKAs）和酪氨酸磷酸化（PTP）水平显著升高，且最佳作用剂量为 3μg/ml 或 4μg/ml。当使用 D2DR 拮抗剂 raclopride 处理时，P - PKAs、PTP 水平以及精子活力均明显下降。
7. 与精子的相互作用：通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）和 TEM 观察发现，EGCG@PDA NPs 主要附着在精子的中段。分子对接模拟显示，多巴胺能与 D2DR 的活性口袋表面结合，通过多种相互作用触发 D2DR 介导的 cAMP/PKA 信号通路，进而提高精子活力。

研究结论和讨论部分指出，EGCG@PDA NPs 凭借其持久高效的抗氧化性能、降解为超小靶向颗粒的能力以及通过 D2DR 激活 cAMP/PKA 信号通路来上调蛋白质磷酸化水平的特性，成为一种出色的精液纳米保护剂，为延长公猪精液保存时间提供了新的策略。然而，该纳米保护剂仍存在一些需要进一步研究的问题，如在公猪精液中的精确命运，包括在精子中的维持时间以及在雌性生殖道中的转运情况等。尽管如此，这项研究为提升公猪精子质量和繁殖性能开辟了新的道路，有望在养猪业中得到广泛应用，助力养猪业的可持续发展。