杏彩平台官网西湖大学唐鸿云等团队合作发现全新细胞结构对精子活性

　　尽管一些研究已经阐明了受损线粒体的丢弃过程，但线粒体是如何输出的以及线粒体释放的功能在很大程度上仍然不清楚。

　　2023年11月9日，西湖大学唐鸿云及北京大学黄小帅共同通讯在Nature Cell Biology在线发表题为“Mitopherogenesis, a form of mitochondria-specific ectocytosis, regulates sperm mitochondrial quantity and fertility”的研究论文，该研究描述了线粒体，这是一个以前未知的过程，通过称为“mitopher（线粒体囊）”的独特细胞外囊泡特异性地分泌线粒体。该研究观察到，在雄性秀丽隐杆线虫的精子发育过程中，健康的线粒体通过有丝从精子中输出，每个产生的有丝细胞只含有一个线粒体。在有丝发生中，质膜首先形成嵌入线粒体的外芽，然后芽迅速脱落，从而导致有丝的产生。

　　从机制上讲，中的细胞外蛋白酶信号触发精子形成丝，这部分是由酪氨酸激酶SPE-8介导的。此外，丝发生需要正常的微丝动力学，而肌凝蛋白VI可拮抗丝的产生。三维电子显微镜分析表明，在精子发育过程中，线粒体数量需要精确调节，这是由线粒体发生介导的。抑制线粒体会导致精子中线粒体的积累，这可能导致精子运动和生育缺陷。该研究表明，线粒体是线粒体特异性胞外增生的一个先前未被描述的过程，这可能代表了线粒体数量控制机制的一个基本分支，以调节发育过程中的细胞功能。

　　线粒体释放到细胞外空间是一种涉及多种关键过程的基本机制，从维持组织稳态到调节代谢。线粒体可以通过胞外分泌的方式或通过脱落细胞外囊泡(EVs)的胞外作用输出。迁移体和外移体是两种典型的线粒体嵌入EVs，作为消除不需要的细胞物质的机制。外移体（通过形成大突起产生的EV）被发现可以去除秀丽隐杆线虫、神经元和小鼠心肌细胞能失调的线粒体和其他细胞器，以维持细胞稳态。

　　迁移体的产生依赖于细胞迁移，它们也可以丢弃受损的线粒体和细胞内小泡。然而，线粒体输出过程仍然知之甚少，是否存在其他重要的线粒体输出机制仍有待发现。例如，健康的线粒体是如何输出的仍然不清楚，是否存在释放一种特定类型的细胞器(如线粒体)的过程也是未知的。线粒体特异性释放机制可能对细胞至关重要，因为它允许选择性地去除或交换线粒体，因此探索一种仅含有线粒体的潜在囊泡并阐明确保“货物”特异性的机制是重要的。

　　除了维持线粒体的质量外，严格调节细胞内线粒体的数量也是至关重要的，这是通过线粒体生物发生和线粒体自噬介导的线粒体移除来实现的。线粒体含量是否/如何在雄性配子发育过程中精确调节及其对精子功能的影响是一个长期存在的问题。新出现的证据表明，精子中线粒体的数量可能需要调节，以影响男性的生育能力。例如，一份病例报告显示，一名男性不育症患者产生的精子有几种缺陷，包括线粒体数量异常增多，这表明存在专门减少线粒体数量的过程。然而，线粒体自噬(负责去除线粒体的主要机制)在精子中可能并不有效，许多动物(包括线虫和哺乳动物)的雄性配子中缺乏溶酶体就表明了这一点。这些观察结果表明，可能存在另一种未知的机制，选择性地消除线粒体以控制精子中的线粒体数量。研究潜在的线粒体特异性嵌入囊泡的产生是否参与精子中线粒体数量的减少是有意义的。

　　该研究提出了“mitopher（线粒体囊）”，这是一种以前未被认识的EV，它支持线粒体特异性输出过程，介导精子线粒体数量的精确调节。研究发现秀丽隐杆线虫中的精子通过丝裂细胞生物发生将健康的线粒体释放到细胞外空间，每个丝裂细胞选择性地只携带一个线粒体。透射电子显微镜(TEM)、三维电子显微镜(3D-EM)和延时成像分析表明，有丝细胞的生物发生机制、“货物”特异性、产生率和大小表明，有丝是一个以前未知的通过快速质膜萌发机制特异性分泌线粒体的过程。

　　机制分析表明，细胞外蛋白酶作为发育信号触发精细胞产生丝，酪氨酸激酶SPE-8部分介导这一过程。此外，正常的肌动蛋白-丝动力学是丝发生所必需的，运动蛋白myosin VI负调控丝的形成。从功能上讲，线粒体介导了精子线粒体数量的精确调节，这似乎对维持雄性配子的运动和生育能力至关重要。总之，线粒体可能代表了在发育过程中输出线粒体调节细胞功能的一般机制。

　　西湖大学生命科学学院唐鸿云研究员和北京大学跨学部生物医学工程系助理教授黄小帅为本文共同通讯作者；西湖大学唐鸿云课题组的博士后刘朋、博士研究生时静和盛丹莉为本文的共同第一作者。本课题受到科技部重点研发项目、国家自然科学基金、西湖实验室（生命科学和生物医学浙江省实验室）及西湖教育基金会的资助和支持。