弱精癥是男性不育最常見的原因之一，表現為精子運動能力缺陷。精子鞭毛具有標志性的“9+2”軸絲結構，由9組微管二聯體圍繞中央微管（CA）組成，通過動力蛋白臂引起軸絲微管相互之間滑動，促使精子鞭毛擺動，進而產生精子游動。目前，哺乳動物精子鞭毛軸絲中央微管的精細結構和功能機制仍不清楚，制約了對弱精癥發病分子機理的科學闡釋。
6月5日，中國科學院生物物理研究所孫飛研究組聯合北京師范大學教授陳蘇仁、重慶市婦幼保健院教授黃國寧/林婷婷、中國科學技術大學教授張志勇等團隊，在《細胞研究》（Cell?Research）雜志發表題為In situ structure of the mouse sperm central apparatus reveals mechanistic insights into asthenozoospermia的研究論文。
研究團隊利用最先進的原位冷凍電鏡技術，結合AlphaFold2等人工智能蛋白質結構預測技術，克服樣品制備、數據采集和圖像處理方面的技術難題，首次解析出小鼠精子軸絲中央微管的高分辨率原位結構（局部分辨率最高達5.5 埃）。該研究清晰呈現了C1-C2微管及其內外結合蛋白的組裝模式，搭建出包含466個蛋白亞基的結構模型，鑒定出39種不同的組成亞基，其中8種（GRK3、ANKMY1、LRRC43、GOT1L1、LRRD1、MAP1S、GMCL1/BTBD16和SPACA9）為全新發現的精子軸絲中央微管組分。
在中央微管結構中，CFAP47和HYDIN是兩個關鍵組分，二者均是長鏈狀的ASH結構域組成蛋白。該研究首次揭示了這兩種蛋白的全長結構，精準闡明了它們協同構筑柔性連接橋梁從而發揮穩固C1-C2微管的關鍵作用。具體而言，HYDIN在C1和C2微管外側環繞形成半圓形結構，其N末端參與強化C1-C2連接，C末端則在C2微管中提供軸向支撐。CFAP47構成了中央微管連接橋的主體結構，其N末端結構域與C1微管結合，通過中央的CFAP47環與HYDIN相互作用，并通過C末端與C2微管相連。為了進一步證實CFAP47與弱精癥的關系，研究人員還通過Cfap47基因敲除小鼠的精子表型分析及軸絲原位結構研究，并結合臨床弱精癥患者數據，闡明了CFAP47蛋白缺陷導致精子鞭毛運動障礙的致病機理。
該研究首次揭示了哺乳動物精子軸絲中央微管的精細組裝機制，并系統闡釋了中央微管組成蛋白缺陷導致精子鞭毛運動障礙的致病機理，運用“高分辨原位結構+動物模型+臨床數據”三位一體的研究策略，為弱精癥的精準診療提供了新見解。
該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項等的資助。
論文鏈接
小鼠精子軸絲中央微管的原位結構示意圖
本文鏈接：研究揭示哺乳動物精子軸絲中央微管原位結構及其引發弱精癥的分子機制http://www.sq15.cn/show-12-1268-0.html
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