CatSper功能障碍与男性不育
完整的离子通道通常由成构成通道的蛋白和一个或多个辅助亚基组成。目前已知精子相关钙离子通道CatSper蛋白复合物由七个亚基构成:具有4个成员的α亚基(CatSper1、CatSper2、CatSper3和CatSper4)构成离子通道,以及作为辅助亚基的CatSperβ、CatSperγ和CatSperδ。该家族基因CATSPER1位于人类染色体11q12.1,CATSPER2位于15q15.3,CATSPER3位于5q31.1,CATSPER4位于1p35.3。4种CatSperα亚基在TM区域具有高度同源性但序列同一性相对较低,范围为16%～22%。Northern印迹分析显示CatSper1、CatSper2、CatSper3和CatSper4的m RNA仅存在于小鼠和人睾丸中。使用原位杂交技术发现CatSper2转录在精子发生早期(粗线期精母细胞)开始,而CatSper1、CatSper3和CatSper4仅在晚期(精子细胞)转录。CatSper1的表达仅限于成熟精子尾部主段纤维鞘上方的质膜,CatSper基因的表达模式表明它们在精子生理学和生育力中的关键作用。弱电压依赖性而p H值敏感性的CatSper是小鼠和人类精子中存在的唯一一组成型活性Ca2+通道,使用全细胞膜片钳技术发现通过CatSper的Ca2+流入会引发精子超活化运动。CatSper也是控制精子趋化性的理想位置,因为引导精子朝向卵子的“趋化性转向”取决于Ca2+流入鞭毛引发的不对称鞭毛运动。细胞内环境碱化可激活CatSper,通过CatSper流入鞭毛的Ca2+可能激活位于精子颈部的细胞内钙库,随后钙库释放Ca2+促成顶体反应。
CatSper基因敲除实验证明离子通道蛋白或辅助亚基的缺失都将导致雄性小鼠丧失生育力,尽管它们具有正常的精子数量和活力,但在获能培养液中不能获得超活化运动。上述表明功能性CatSper蛋白是获能期间精子超活化所必需的。有趣的是,CatSperβ、CatSperγ、CatSperδ、CatSper2、CatSper3和CatSper4在CatSper1基因敲除精子质膜上均无法检测到,这表明所有CatSper亚基都是正确通道组装所必需的,缺少单个亚基可能导致剩余的CatSper蛋白质降解。
CatSper功能障碍与男性不育的研究报道较少。2003年在15q15.1-15.3的先天性红细胞生成性贫血I型(CDAI)基因的定位克隆过程中,研究者发现先证者还患有弱畸精子症和非综合征性耳聋,他的两个兄弟也有类似的表型。三个兄弟都是CDA1突变的纯合携带者以及染色体15q15上有长约70 kb的缺失,该缺失涉及4个基因(CATSPER2最后2个外显子,STRC、CKMT1和KIAA0377前24个外显子)。纤毛蛋白基因STRC和CATSPER2基因缺失可以解释观察到的耳聋和男性不育表型。另外3个表现为耳聋-不育综合征(DIS)的伊朗家族在15q15.3检测到的90～100 kb的缺失,包括基因组水平上STRC和CATSPER2的完全丧失。2009年Avenarius报道从两个近亲的伊朗家族分离出常染色体隐性遗传性男性不育症。在两个家族中均证实了染色体11q13.1上11c M区域的血缘同源性,该区域含有人CATSPER1基因。变性高效液相色谱和受影响家族成员CATSPER1的双向序列分析揭示了两个独立的插入突变(c.539-540ins T和c.948-949ins ATGGC),预计会导致移码和过早终止密码子。基于动物基因敲除实验结果,可能七种已知CatSper亚基中任何一种的功能丧失性突变都会导致男性不育。
【临床表现】
1.对生育的影响
CATSPER1的突变与非综合征性男性不育症有关,患者表现为精液指标异常:包括精子活动率低于正常阈值或未见活动精子、精子数量减少、形态异常精子增加和精液量减少。在DIS患者中,对法国家族三兄弟中的两个兄弟进行常规精液分析,发现精液量和p H值正常,但存在精子数量降低(其中一个患者)、精子活力降低、前进精子百分比低于正常阈值以及异常形态精子增多(主要的异常精子形态是盘绕和成角度的鞭毛)。在伊朗家族的受影响男性中观察到非常相似的临床表现,其中包括畸形精子、短而卷曲的鞭毛和精子活力降低。包括CATSPER2在内的连续缺失DIS患者中畸形精子明显增多,提示CATSPER2除了在超活化运动中起作用外可能对精子的正常发育也很重要。(https://www.daowen.com)
2.其他临床症状
在DIS患者中,STRC的突变导致非综合征性听力损失,这种听力损失是语前和非进展性的,患者前庭功能是正常的。在所有报告的受影响男性中,所有频率(0.25～8 k Hz)的听力损失程度为中度至重度。
【诊断】
临床上,目前对CatSper功能障碍患者尚无推荐的特异性检查方法。对于疑似CATSPER2相关男性不育的患者,由于连续基因缺失也包括STRC,而STRC的突变或缺失与听力损失有关,所以应完成耳科检查和听力学评估。从理论上讲,在没有听力损失的情况下CATSPER2中的点突变也可能与不育有关,实际上,由于仅鉴定了与CATSPER相关的少量突变,因此与这些疾病的基因型-表型有相关性的知识是有限的。对于怀疑与CATSPER相关的男性不育症患者,建议进行分子遗传学检测以确定致病基因。
【治疗】
没有推荐的方法用于逆转CATSPER相关的形态学或运动性缺陷。对于寻求生育自己后代的CatSper功能障碍患者,从生殖技术层面可以进行辅助生殖技术助孕,植入前遗传学诊断可能很快就可以用于帮助患者生育健康后代。在进行生育治疗前,都应该进行彻底的遗传咨询,尤其是DIS患者。如果父母各携带一个CATSPER突变,子代有25%的概率继承2个突变而发病,50%的概率成为携带者。