男性不育症或有救？科學家發現「精子發育重要機制」

人類的精子與卵子負責為遺傳物質的傳遞提供載體，然而精子形成過程中仍有許多謎題尚未破解。遺傳突變和基因表達異常，更是導致男性不育的重要病因。
近日，中國科學院與上海交大的團隊合作研究發現，RNA結合蛋白FXR1可通過液-液相分離激活小鼠後期精子細胞中mRNA的翻譯，保障精子形成過程的正常進行。該成果近日於國際學術期刊《科學》（Science）發表。

法國人類遺傳研究所Martine Simonelig教授在隨刊配發的展望評論中指出，「該研究發現了生物分子凝集翻譯激活的新功能，並進一步揭示了FXR1相分離能力對於小鼠精子發生的重要性。」

在精子細胞形變過程中，隨着細胞核被逐步壓縮，基因組的轉錄活動將逐漸降低直至完全停止。後期精子細胞發育所需基因需提前轉錄為信使核糖核酸（mRNA），然後以接近於「休眠」的翻譯抑制狀態儲存起來，至特定發育階段再被激活翻譯，合成蛋白質發揮功能。但這些後期精子細胞中儲存的mRNA如何被翻譯激活，科學家們對其中的機制還知之甚少。

研究團隊以小鼠為模式動物展開此項研究，發現一個RNA結合蛋白FXR1在小鼠睾丸中特異性高表達，並且大量出現在後期精子細胞的蛋白質翻譯機器中。在生殖細胞中敲除Fxr1基因後，小鼠睾丸中與FXR1結合的mRNA翻譯活性降低、蛋白表達明顯減少；小鼠則表現為無精、雄性不育。

進一步研究發現，精子細胞中FXR1與多個翻譯相關因子存在相互作用，並在體內形成一種動態且可招募大量mRNA的液滴結構。

現有理論認為，此類液滴結構通常是某些生物大分子（如蛋白質或核酸）在細胞內達到一定濃度後，形成獨立於周圍環境的無膜亞細胞器結構，以執行特定生化反應或生物學過程，其形成過程稱之為液液相分離，該現象普遍存在於真核生物細胞。隨後，通過體外實驗證明，FXR1具有顯著的液液相分離能力。研究人員由此推測，FXR1可能通過液液相分離形成上述液滴結構，進而參與mRNA的翻譯激活過程。

為了驗證這一猜想，研究人員在體外培養細胞和體內精子細胞中分別測試了FXR1液滴形成能力與mRNA翻譯活性的關係。

研究結果顯示，破壞FXR1的液滴形成能力將導致mRNA翻譯活性降低。隨後，研究人員利用CRISPR-Cas9結合半克隆技術，進一步將小鼠生殖細胞中的FXR1突變為無法形成液滴的FXR1變體，發現該小鼠生精細胞中mRNA的翻譯活性明顯降低，小鼠表現為無精、雄性不育。

研究人員指，此次研究揭示了小鼠後期精子細胞中由FXR1液液相分離介導的mRNA翻譯激活新機制，有助於進一步認識復雜的精子發生過程，為男性不育診斷和治療提供理論依據。