影响精子冻存能力的潜在标志物是什么？

研究结果发现，在冷冻-解冻过程后，每只公羊的精子都出现了预期的总活力下降，但20只山羊的总活力下降的程度不同（图1）。这些山羊被分为总活力大于60%的高频组（HF）和总活力小于45%的低频组（LF）。

图1. 所有山羊（A-T）的解冻后精子总活力百分比的差异。蓝柱代表高冷冻性（HF）组的山羊，红柱代表低冷冻性（LF）组的山羊，灰柱表示精子被列为中等冷冻性的山羊。

高频组和低频组之间精子质膜和顶体完整性的显著差异见图2A，D。用HSP（高冷冻性精浆）冷冻的LF组的精子顶体完整性明显增加（图2F），但质膜完整性没有受到明显的影响（图2C）。用LSP（低冷冻性精浆）冷冻的HF组的精子在质膜和顶体的完整性上有明显的下降（图 2B，E）。

图2. 高和低冷冻弹性的山羊的精子质膜和顶体的完整性百分比。（A-C）HF与LF、HF与EX-HF、LF与EX-LF的质膜完整性；（D - F）HF与LF、HF与EX-HF、LF与EX-LF的顶体完整性。

代谢谱分析

研究者绘制了来自HF组和LF组的所有精液血浆的无监督PCA（主成分分析）得分。在正离子和负离子模式下都注意到整体的分离趋势（图3A，B）。在正离子和负离子模式下，对HF和LF组的精浆的识别代谢物进行PLS-DA（偏最小二乘法判别分析），以确定不同样品中的重要变量（图3C，D）。结果表明，两组样品的PLS-DA图中出现了分离的集群。聚类的分离表明，在正负离子模式下，被分析的样品之间存在着显著的差异。

图3. 高频组和低频组的精浆代谢谱的多变量统计分析。（A）正离子模式下的主成分分析（PCA）得分图。（B）负离子模式下的PCA得分图。（C）正离子模式下的PLS-DA得分图。（D） 负离子模式下的PLS-DA得分图。

筛选和鉴定差异表达的代谢物

基于对高频组和低频组精浆的成功鉴别，对造成两组间代谢组差异的特殊代谢物进行了搜索。VI P值被用来评估每种代谢物的表达模式对样本分类和鉴别的影响。选择VI P值>1和0.05<P值<0.1的潜在差异性表达的代谢物为差异性代谢物，选择VI P值>1和P值<0.05的代谢物为显著性差异性代谢物。然后，在精浆中确定了38个鉴别性差异代谢物，包括21个正离子模式和17个负离子模式。

 

代谢途径的分析

使用Fisher's精确检验和KEGG代谢途径数据库进行富集途径分析，以确定差异性表达的代谢物（图4）。  

富集途径显示了7种不同的代谢物，包括L-谷氨酰胺、L-天门冬氨酸、L-精氨酸、苯丙酮酸、苯甲酸、酮异己酸和胆碱，它们的丰度在HF和LF组的精浆之间有明显的差异（图5-7）。

图5. 高频和低频山羊精浆中重要代谢物的丰度比。（A）L-精氨酸，（B）胆碱，（C）酮异己酸，（D）苯甲酸，（E）L-谷氨酰胺，（F）L-天门冬氨酸，和（G）苯丙酮酸在HF和LF山羊精浆中显示出明显的丰度差异。


图6. 使用Metscape确定的重要差异性代谢物生物标志物的化合物-反应-酶-基因网络。（A）胆碱，（B）L-天门冬氨酸，（C）L-谷氨酰胺，和（D）L-精氨酸。代谢物以红色六边形显示。灰色方块：带有反应ID的反应节点；淡红色六边形：化合物节点；绿色方块：酶的节点；蓝色圆圈：基因节点。


图7. 使用Metscape确定的重要差异性代谢物生物标志物的化合物-反应-酶-基因网络。（A）苯甲酸，（B）苯丙酮酸，和（C）4-甲基-2-氧代戊酸（酮基异己酸）。代谢物以红色六边形显示。灰色方块：带有反应ID的反应节点；淡红色六边形：化合物节点；绿色方块：酶的节点；蓝色圆圈：基因节点。

综上所述，山羊精液冷冻性的个体差异很大，精浆的组成可能影响精子的冷冻性。在本研究中，通过代谢组学分析，在高精液冷冻性和低精液冷冻性的山羊精浆中发现了41种不同的代谢物。因此，精子冷冻性可能直接受到山羊精浆中氨基酸的影响，如L-谷氨酰胺、L-天门冬氨酸和L-精氨酸。此外，苯丙氨酸、亮氨酸和磷脂酰胆碱合成代谢过程中的中间代谢物，包括苯丙酮酸、苯甲酸、酮异己酸和胆碱，可能间接地调节精子的冷冻性，这些代谢物可能作为山羊精子冷冻性的潜在生物标志物。
 

文章来源：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36968471/
 

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