中华鲟（Acipenser sinensis）的精子质量、生殖激素以及膜结合孕酮受体的表达

《Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology》：Sperm quality, reproductive hormones, and membrane-bound progesterone receptor expression in Chinese sturgeon ( Acipenser sinensis)

中国鲟精子质量与血清生殖激素及膜结合孕酮受体表达的相关性研究。通过计算机辅助精子分析发现正常精子组（n=15）显著优于异常组（n=12），血清中17α,20β-DHP、11-KT和LH浓度升高。分子验证了mprα、pgrmc1、pgrmc2的存在，组织表达呈现性别特异性，异常组受体mRNA表达下调。该研究为人工繁殖提供新靶点。

　　

丁一凡|魏有川|于兆熙|杨静|王斌忠|张德志|郭佰富|朱鑫|尹展|黄洪涛|肖侃|史旭涛|姜伟|舒婷婷

广西大学动物科学技术学院，中国广西南宁530004

摘要

中华鲟（Acipenser sinensis）是一种极度濒危的鱼类，在人工繁殖过程中面临诸多挑战，其中精子质量是一个关键的限制因素。本研究探讨了在繁殖季节，性成熟的中华鲟雄性个体的精子质量参数、血清生殖激素浓度以及膜结合孕酮受体（孕酮膜受体α（mprα）和孕酮受体膜成分1和2（pgrmc1和pgrmc2）表达之间的关系。计算机辅助精子分析（CASA）显示，正常精子组的精子活力、A级精子比例和平均角位移（MAD）显著高于弱精子组。血清激素检测发现，17α,20β-二羟基-4-孕烯-3-酮（17α,20β-DHP）、11-酮睾酮（11-KT）和黄体生成素（LH）在正常精子组中的浓度显著升高。分子鉴定和生物信息学分析证实了中华鲟中存在mprα、pgrmc1和pgrmc2，并揭示了它们的结构特征及其在脊椎动物中的高度保守性。组织分布分析显示，这些基因在两年龄鱼的多种组织（垂体、生殖腺、肝脏、心脏、皮肤、肠道和鳃）中具有性别特异性表达模式。值得注意的是，弱精子组中这些基因的mRNA表达水平显著下调。这些发现表明，孕酮信号传导受损和内分泌失调可能导致了精子活力下降。我们的研究结果为理解膜结合孕酮受体在中华鲟繁殖中的作用提供了基础见解，并为评估精子质量和改进这一濒危物种的人工繁殖策略提供了潜在的生物标志物。

引言

中华鲟（Acipenser sinensis）是现存最古老的脊椎动物物种之一，常被称为“活化石”，具有重要的进化意义（Shu等人，2025年）。作为中国长江特有的溯河洄游鱼类，它是水生生物多样性的重要组成部分，也是评估河流生态系统健康的关键指标物种（Wei等人，1997年）。过去几十年里，由于过度捕捞、大坝建设和环境污染等人类活动，中华鲟的野生种群数量急剧下降（Huang和Wang，2018年）。因此，国际自然保护联盟（IUCN）于2010年将其列为极度濒危物种。为了保护这一物种，已广泛实施了人工繁殖和放流计划（Wang等人，2011年）。然而，这些措施的有效性在很大程度上取决于人工繁殖的成功率，而人工繁殖的成功又高度依赖于配子的质量。虽然长期以来人们认识到卵子质量是中华鲟人工繁殖中的关键挑战，直接影响受精率和早期胚胎存活率（Zhou等人，2023年），但最近的研究表明，精子质量也是保护繁殖工作中的一个主要限制因素（Luo等人，2020年）。

精子质量是水产养殖中受精成功的关键决定因素。精子活力和存活率等关键参数受到脊椎动物内分泌系统的严格调控。雄性激素（包括睾酮（T）、11-酮睾酮（11-KT）和雌二醇（E2）在鱼类物种的睾丸发育、精子发生和精子成熟过程中起着核心作用（Zohar和Mylonas，2001年；Barcellos等人，2002年；Knowles等人，2022年）。垂体分泌的促性腺激素（FSH）和黄体生成素（LH）是调节生殖腺类固醇生成和精子发生的主要因子（Kazeto等人，2008年）。通常，FSH促进精原细胞增殖（Nóbrega等人，2015年；Sawaied等人，2025年），而LH主要参与精子成熟和射精过程（Yaron等人，2003年；Burow等人，2020年）。催乳素（PRL）通过调节睾酮生物合成进一步影响精子发生（Hazir等人，2025年）。值得注意的是，孕酮（P4）是孕激素合成的中间产物，而17α,20β-二羟基-4-孕烯-3-酮（17α,20β-DHP）被认为是硬骨鱼类中最强效和生物学上最相关的孕激素（Cantonnet等人，2015年；Tan和Thomas，2015年），它是诱导精子高活力和调节精子发生的关键类固醇介质（Chen等人，2013年；Feng等人，2018年）。然而，关于关键生殖内分泌激素在调节中华鲟精子质量中的作用的信息仍然有限。

孕激素是一类重要的类固醇激素，在调节多种生殖过程中发挥着关键作用（Feng等人，2018年；Zhai等人，2022年）。它们通过核孕酮受体和膜结合孕酮受体发挥作用（Thomas等人，2009年；Liu等人，2018年）。与核孕酮受体不同，膜结合孕酮受体介导快速的非基因组孕激素信号传导，触发一系列生理和生化反应，包括精子高活力和顶体反应（Marquez和Suarez，2004年；Thomas，2008年）。最近的研究发现了两种新型的膜结合孕酮受体：孕酮膜受体（mPRs）和孕酮受体膜成分（PGRMCs）（Xu，2011年）。特别是，属于孕激素和adipoQ受体（PAQR）家族的膜孕酮受体α（mPRα）已被证实是鱼类中孕激素诱导精子高活力的关键介质（Thomas等人，2024年）。研究表明，mPRα蛋白在精子质膜上的丰度与比目鱼的精子活力呈正相关（Tan等人，2014年）。此外，属于膜相关孕酮受体（MAPR）家族的孕酮受体膜成分1和2（PGRMC1和PGRMC2）在哺乳动物精子中表达，并参与孕激素诱导的顶体反应（Marquez和Suarez，2004年；L?sel等人，2005年）。总体而言，这些发现突显了膜结合孕酮受体在精子高活化中的关键作用。然而，据我们所知，这些受体在中华鲟中的研究尚未开展。鉴于人工繁殖的中华鲟繁殖效率下降，阐明精子中膜结合孕酮受体的表达和功能可能为改进人工繁殖策略提供重要线索。

在本研究中，我们使用性成熟的中华鲟雄性个体，探讨了繁殖季节期间精子质量参数、生殖激素浓度以及膜结合孕酮受体表达之间的潜在关系。具体来说，我们的目标包括：（1）通过常规和运动学参数评估精子质量；（2）分析关键生殖内分泌激素的血清浓度；（3）鉴定该物种中的膜结合孕酮受体并检测其在精子中的表达。我们的研究结果将揭示中华鲟精子功能的潜在内分泌机制，为其生殖生理学提供理论基础，并支持对该濒危物种的保护工作。

伦理声明

所有动物实验均遵循《实验室动物护理和使用指南》进行。本研究获得了中国三峡集团公司中华鲟研究所三峡工程鱼类资源保护重点实验室的批准（批准编号：2021032）。

实验鱼类和组织收集

中华鲟在宜昌站的混凝土池中培养，该池塘配备了连续地下水流动系统和持续曝气系统

常规和运动学精子参数

根据初步数据（数据未显示），将雄性中华鲟分为正常精子组（精子活力≥70%）和弱精子组（精子活力<70%）。然后比较了正常精子组（n = 15）和弱精子组（n = 12）的精子质量参数。如表2所示，正常精子组的精子活力（87.54 ± 10.64% vs. 45.99 ± 11.04%）和A级精子比例显著更高

讨论

据我们所知，这是首次探索成年中华鲟精子质量参数、生殖激素谱型和膜结合孕酮受体表达之间关系的研究。我们的结果表明，正常精子组的常规和运动学精子参数以及血清生殖激素谱型明显优于弱精子组。常规精子分析显示

结论

本研究首次深入分析了中华鲟中的三种膜结合孕酮受体：mprα、pgrmc1和pgrmc2。全面的分子表征证实，这些受体与其他脊椎动物的同源物具有保守的结构特征和基因组同源性，表明其功能重要性在进化上是保守的。这些受体在多种组织中表现出广泛的性别特异性表达模式

作者贡献声明

丁一凡：撰写——初稿撰写、数据可视化、软件使用、数据整理。 魏有川：撰写——审稿与编辑、监督。 于兆熙：方法学设计、数据分析。 杨静：监督。 王斌忠：数据验证、软件使用。 张德志：资源提供、实验设计。 郭佰富：资源提供、实验设计。 朱鑫：资源提供、实验设计。 尹展：监督、概念构思。 黄洪涛：数据验证。 肖侃：数据验证。 史旭涛：数据验证。 姜伟：项目管理。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

以下是与本文相关的补充数据。

. 中华鲟中mPRα（A）、Pgrmc1（B）和Pgrmc2（C）蛋白的信号肽预测。

. 中华鲟中mPRα（A）、Pgrmc1（B）和Pgrmc2（C）蛋白的N-连接糖基化位点分析。

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致谢

本研究得到了湖北省自然科学基金（2024AFA036）、湖北省青年科技人才成长计划（202350）、中国科学院育种生物技术与可持续水产养殖重点实验室（2023FB01）以及中国三峡集团公司（WWKY-2021-0351的资助。