找到了！精子质量下降、雄性不育是因为它！

不育症在临床上的发生率约为10%，其中单纯与男性相关的因素约为30%，无精、少精、弱精及精子畸形等是导致男性不育的主要原因，且精子质量逐年下降已经成为一个世界范围性的问题。

既往研究实验表明SLC22A14与男性的生育功能密切相关，然而其相关的生理机制却并未得到很好的研究。近日，清华大学药学院陈立功团队发现SLC22A14是一种核黄素转运蛋白，通过影响核黄素酶活性调控精子能量代谢，相关研究成果发表在Cell Reports上。

主要研究成果

Slc22a14敲除后雄性小鼠出现不育现象

研究首先通过敲除Slc22a14构建雄性小鼠不育模型，用于探究SLC22A14蛋白的生理功能。结果显示Slc22a14敲除后，小鼠不能使雌性小鼠怀孕（图1C），其精子鞭毛发生卷曲且呈现发卡结构（图D&F）。在体外试验中，Slc22a14敲除后的精子不能有效穿透卵细胞（图1F&G），进一步探究精子的顶体形成功能及精子移动能力（使精子有效穿透卵细胞的两个关键能力），发现Slc22a14敲除后精子顶体功能正常（图1J）而移动能力显著受损（图1K）。这些结果表明Slc22a14缺失后小鼠精子鞭毛发生卷曲，移动能力受损，导致雄性小鼠出现不育现象。

图1 Slc22a14敲除后小鼠表现出不育现象

代谢组学探究Slc22a14敲除小鼠精子的能量代谢改变机制

2.1 非靶向代谢组学

研究结果显示Slc22a14敲除后，小鼠精子存活率并没有发生显著改变（图2A），而其ATP含量显著下降（图2B），活性氧产生增加（图2C），虽然其线粒体势能降低，但其线粒体形态并未发生变化，这表明SLC22A14可能作用于精子能量代谢。对精子进行非靶向代谢组学分析，差异代谢物pathway分析显示Slc22a14敲除后精子糖酵解途径表达上调（图2E）而TCA循环显著下调（图2F）。研究进一步通过¹³C示踪实验对Slc22a14敲除后，精子糖酵解及TCA过程中的代谢产物变化进行了探究，证明Slc22a14敲除后精子的能量代谢发生改变，产能方式从氧化磷酸化途径（OXPHOS）转至糖酵解途径。

图2 Slc22a14敲除后小鼠精子的能量代谢途径发生改变

2.2 脂质组学

非靶向代谢组学结果显示Slc22a14敲除后，精子脂肪酸β氧化（FAO）受到抑制（图2F），酰基肉碱的含量发生改变（图3A&B），且在SLC22A14过表达的细胞中酰基肉碱的含量显著上升（图3C），这表明脂肪酸代谢可能与SLC22A14的功能相关。进一步脂质组学分析显示Slc22a14敲除后，精子游离脂肪酸（FFA）和甘油三酯（TAG）的含量都显著上调（图3D&E）。

体外培养试验显示加入etomoxir（肉碱棕榈酰转移酶I，CPT1）及2-DG（己糖激酶抑制剂）后，精子ATP产量显著降低（图3F），显示FAO与糖酵解过程共同作用于ATP产生。¹⁴C标记试验显示Slc22a14敲除后，FAO的终产物¹⁴CO₂含量降低（图3G），而¹⁴CO₂在SLC22A14过表达细胞中显著增多（图3H）。OCR测试表明由etomoxir导致的OCR降低在野生型小鼠中更为显著一些（图3I&J）。这些结果说明Slc22a14敲除导致的ATP减少与FAO的阻滞有关。

图3 Slc22a14敲除后小鼠精子的脂质代谢改变

SLC22A14功能探究

免疫荧光实验与精子不同部位的蛋白组学实验显示，SLC22A14位于精子的线粒体内膜（IMM）上。进一步线粒体的非靶向代谢组学实验结果显示，4个核黄素相关代谢物在SLC22A14过表达细胞株中显著增多（图4A），而核黄素在Slc22a14敲除细胞中显著减少（图4B）。同位素摄入实验表明SLC22A14过表达后，核黄素含量增多（图4C），3D模型及同位素实验显示SLC22A14是一种具有高通量但低亲和力的核黄素转运蛋白（图4D-F）。

Slc22a14敲除后，精子中FAO相关的黄素酶活性降低，而通过核黄素缺乏的饮食喂养小鼠，发现该饮食结构下小鼠精子表现出与Slc22a14敲除小鼠一致的表型，结合qPCR实验验证SLC22A14通过影响核黄素转运调控精子能量代谢。

图4 SLC22A14是一种核黄素转运蛋白

小结

本研究结合现代化的组学工具与传统的分子生物学实验，对影响雄性生育功能的关键蛋白——SLC22A14的功能及其作用机制进行了深入研究，发现SLC22A14是位于精子线粒体内膜的核黄素转运蛋白，其功能失调会干扰核黄素向线粒体中转运，抑制黄素酶的数量和活性，从而影响到精子FAO及线粒体的氧化磷酸化过程，导致ATP减少最终引起雄性不育。