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精子发生过程受严格调控，其中泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）至关重要。研究人员开展了关于睾丸富集蛋白 UBL7 在精子形成中作用的研究，发现 UBL7 缺失会导致精子畸形和雄性不育，其能保护精子发育关键因子，该研究为理解精子形成机制提供新视角。
在生命的奇妙旅程中，精子的形成是一个极为关键且复杂的过程。精子发生是产生成熟精子细胞的过程，它如同精密的时钟，分阶段有序进行，包括精原细胞增殖、精母细胞减数分裂以及精子细胞的转化和成熟，而最后阶段的精子形成（spermiogenesis）尤为复杂。在这个过程中，圆形的精子细胞要经历翻天覆地的变化，如顶体形成、鞭毛生长、头部塑形以及多余细胞质的去除 。这一系列复杂变化如同一场精心编排的舞蹈，需要蛋白质的合成与降解被精准调控。然而，目前对于精子形成过程中蛋白质稳态的研究却十分有限。虽然转录在晚期精子细胞中停止，但蛋白质的翻译后调控对维持蛋白质稳态起着关键作用，可这方面的研究仍存在诸多空白。同时，泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）在精子形成中虽有重要作用，但其潜在机制和受影响的具体底物并不明确。为了解开这些谜团，中国医学科学院北京协和医学院研究生院、中国科学院生物物理研究所等单位的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员用到的主要关键技术方法有：利用 CRISPR/Cas9 技术构建基因敲除（Ubl7?/? ）和敲入（Ubl7flag/flag ）小鼠模型；运用组织学染色、免疫荧光、透射电子显微镜（TEM）等技术观察精子和睾丸的形态结构；通过免疫沉淀（IP）结合质谱分析鉴定 UBL7 相互作用蛋白；采用蛋白质印迹（WB）检测蛋白质表达水平；利用流式细胞术分离生殖细胞等。
研究结果
- UBL7 缺失导致精子畸形和雄性不育：研究发现 UBL7 蛋白在睾丸中高度富集，且在精子发生过程中表达逐渐增加。通过构建Ubl7?/? 小鼠模型，发现这些小鼠的睾丸明显变小，精子数量减少且形态异常，头部和尾部均出现畸形，导致雄性不育。
- UBU精子细胞的异常细长的 Manchette 结构：由于Ubl7精子头部较小，研究人员进一步探究其原因。经研究发现，UBL7 缺失不影响组蛋白替换和顶体形态，但会导致 Manchette 结构异常。Manchette 是精子形成过程中的一种瞬时结构，它在UBU精子细胞中的去除延迟，导致精子头部过度收缩，最终形成异常头型。
- UBU精子中 HTCA 和环的超微结构缺陷：Ubl7附睾精子的尾部存在严重畸形，可分为无头、头颈弯曲、中段 - 主段弯曲和中段 - 主段间隙四种类型。TEM 分析显示，UBL7 缺失导致头部 - 尾部连接装置（HTCA）结构脆弱，环的定位改变，影响精子的运动能力。
- Ubl7小鼠中带有细胞质滴的精子比例减少：细胞质滴（CD）与精子成熟、能量供应和运动能力相关。研究发现，Ubl7小鼠精子的 CD 区域信号减弱，形态和内容物发生改变，但 CD 的形成未受阻碍。
- UBL7 通过与 UBE4B 直接相互作用结合到 VCP/p97 复合体：为探究 UBL7 缺陷影响精子的分子机制，研究人员进行了筛选。结果表明，UBL7 主要与内质网相关降解（ERAD）途径的蛋白质相互作用，且通过其 UBL 结构域与 E4 连接酶 UBE4B 直接相互作用，进而参与 VCP 复合体。
- UBL7 与睾丸 26S 蛋白酶体结合：研究发现 UBL7 能与蛋白酶体的 Ub 受体 PSMD2 和 PSMD4 相互作用，且这种相互作用依赖于 Ub 结合物。在体外，UBL7 可直接与睾丸 26S 蛋白酶体结合。
- UBL7 防止细胞内底物降解：UBL7 作为一种含 UBL 结构域的蛋白，可降低蛋白酶体被泛素链激活的程度，减缓与 VCP 复合体相关底物的降解速率，且对细胞器中的底物有偏好性。
- UBL7 保护精子发生过程中的关键因子免受过度降解：通过定量蛋白质组学分析，研究人员发现 UBL7 缺失导致精子中许多功能蛋白减少。利用两步 IP 法，鉴定出 142 种 UBL7 相互作用的 Ub 结合物，这些底物参与精子结构形成、抗氧化应激和糖酵解等过程。
研究结论和讨论
本研究揭示了 UBL7 在精子形成过程中起着不可或缺的作用。UBL7 作为 UPS 的调节因子，与 VCP 复合体和蛋白酶体相互作用，保护精子发育所需的关键底物免受过度降解。它的缺失会导致精子出现多种结构缺陷，最终引发雄性不育。这一研究不仅强调了 UPS 途径在精子形成中的重要性，还为深入理解精子发生的分子机制提供了新的视角。不过，研究也存在一定局限性，如由于两步 IP 法的准确性有限，可能存在未鉴定出的关键底物，且部分与观察到的表型相关的因素可能并非 UBL7 的直接靶点。未来还需要进一步探索，以明确 UBL7 缺失导致每个缺陷的具体机制，以及 UBL7 对底物的选择性等问题。总体而言，该研究为生命科学领域对精子形成机制的理解做出了重要贡献，也为相关疾病的研究和治疗提供了潜在的靶点和理论基础。
