Fscb/Cabyr双基因敲除雄性小鼠的精子形态学表型特征及运动参数变化

目的探讨Fscb/Cabyr双基因敲除后雄性小鼠精子鞭毛的形态学特征改变及精子运动功能变化情况。方法取不同基因型雄性小鼠睾丸及附睾组织,计算脏体比,睾丸组织行常规HE染色,观察其生精功能状态变化;取不同基因型雄性小鼠附睾精子,应用计算机辅助精液分析系统进行精子运动功能相关参数分析,通过体外培养观察精子获能和顶体反应情况改变,应用光镜及电镜对精子的显微形态学及超微结构进行观察。结果Fscb/Cabyr(++/+-)、Fscb/Cabyr(--/+-)、Fscb/Cabyr(++/++)、Fscb/Cabyr(--/--)、Fscb/Cabyr(++/--)等5种基因型雄性小鼠附睾精子密度差异均无统计学意义(P>0.05)。但Fscb/Cabyr(--/--)、Fscb/Cabyr(++/--)基因型雄性小鼠精子的前向运动精子比率(progressive rate,PR)和运动精子比率(PR+NP)、平均曲线运动速度(curvilinear velocity,VCL)、平均直线运动速度(straight-line velocity,VSL)、平均路径运动速度(average path velocity,VAP)、精子平均鞭打频率(beat cross frequency,BCF)和平均头部侧摆幅值(amplitude of lateral head displacement,ALH)均较野生型雄性小鼠显著降低(P<0.01)。Fscb/Cabyr(--/--)和Fscb/Cabyr(++/--)雄性小鼠正常精子百分率[(49.61±1.45)%和(53.22±3.51%)]显著低于野生型小鼠[(66.46±0.73)%,P<0.01];其精子尾折叠比例[(20.96±0.43)%和(20.73±0.21)%]显著高于野生型小鼠[(5.74±0.72)%,P<0.01]。Fscb/Cabyr(--/--)、Fscb/Cabyr(++/--)两种基因型雄性小鼠精子鞭毛的超微结构观察显示:大部分精子纤维鞘纵行柱状体结构消失,环形肋板结构紊乱,电子密度不均匀降低,呈显著疏松或增厚表现。部分精子鞭毛的双联微管结构排列不规则,存在个别缺失和中心两个微管的分离现象。结论Cabyr单基因和Fscb/Cabyr双基因敲除雄性小鼠均出现显著精子鞭毛形态学异常和运动功能降低。CABYR蛋白对纤维鞘的正确形成和精子鞭毛维持正常的运动功能是必不可少的。

Fscb/Cabyr双基因敲除对雄鼠繁殖能力的影响

目的观察Fscb/Cabyr双基因和单基因敲除雄鼠繁殖能力,探讨CABYR蛋白及与FSCB的复合物对于维持精子授精能力的价值及其发挥生理功能的可能机制。方法取Fscb/Cabyr(--/--)双基因敲除纯合子雄鼠、Fscb/Cabyr(++/--)单基因敲除雄鼠及野生型雄鼠分别与同代野生型雌鼠交配,观察各组雌鼠怀孕、产仔情况;应用Fluo-4 AM钙离子荧光探针对不同基因型雄鼠精子进行标记,荧光显微镜下观察并应用酶标仪检测各基因型小鼠精子中钙离子水平;Western blot检测各基因型小鼠精子中各种CATSPER通道蛋白的表达情况。结果所有Fscb/Cabyr(--/--)双基因敲除与Cabyr单基因敲除纯合子雄鼠繁殖能力完全丧失,均未能使任何雌鼠怀孕和产仔。与野生型小鼠相比,Fscb/Cabyr(--/--)及Fscb/Cabyr(++/--)基因型雄鼠精子内钙离子浓度显著降低(P<0.0001);Fscb/Cabyr(--/--)型小鼠精子中的CATSPER-1蛋白表达显著减少。Fscb/Cabyr(--/--)、Fscb/Cabyr(++/--)型小鼠精子中的CATSPER-4蛋白表达显著减低。结论雄鼠精子CABYR及FSCB/CABYR蛋白复合物的缺失导致雄鼠繁殖功能的丧失,可能是通过影响精子内的钙通道蛋白CATSPER-1和CATSPER-4的表达和钙离子浓度水平,从而影响精子的运动功能而实现的。