打到關底才發現「沒帶頭」，這種精子要不要？

精子們是一群游泳健將，他們都希望能在「游泳錦標賽」中拔得頭籌，這樣就可以與卵子結合，繁育後代。但是，有這樣一些精子，他們即使獲得了冠軍，卻領取不了繁育後代的「獎品」。這是因為他們生病了，他們雖然長了腦袋，但是卻沒有大腦——細胞核，因而叫做「無頭精子」。

繪本《小威向前沖》截圖

這是怎麼回事？我們先從精子和卵子結合的要求說起吧。我們熟悉的精子就像小蝌蚪，橢圓的頭部（不同物種形狀各異）拖著一條長長的尾巴。精子頭是精子的核心部件，內部含有DNA，其上方覆蓋有頂體，負責精子與卵子的融合。精子頭部或頂體的畸形都會導致精卵不能識別，出現雄性不育，即畸形精子症。無頭精子症是最嚴重的一類畸形精子症，因其內部不含DNA，完全喪失了使卵子受精的可能。也就是說，這些「無頭精子」的頭部缺失了DNA信息，而DNA是父親遺傳信息傳遞給孩子的載體，也是完成受精過程的必要條件，所以這些精子也就領取不了繁育後代的「獎品」了。

從光學顯微鏡下觀察，「無頭精子症」很容易和另一種畸形——「精子症-圓頭精子症」混淆，二者都有類似頭部的結構，但是，「無頭精子」沒有頂體，也不含DNA。如果一定要把無頭精子頂端的一團物質也叫精子頭的話，那無頭精子被稱為「無腦精子」也許更合適，因為他們缺乏了頭部的核心內容物——DNA。最能將無頭精子與其他畸形精子區分開的是透射電子顯微鏡的觀察，凡是有核的精子，其頭部DNA都成電子緻密性，在電子顯微鏡下呈現均勻的黑色。而無頭精子內部只有雜亂的細胞器如線粒體等，沒有DNA物質。

無頭精子早在1981年即被確認，困擾了不少家庭。然而30多年裡，人們對其致病機理所知甚少，在診療上也常被誤認為圓頭精子，不能通過常規的輔助生殖手段圓這類患者的生寶寶夢想。

最近，中科院動物所李衛研究組與安徽醫科大學曹雲霞教授團隊合作，成功解析了人無頭精子症的致病機制。科學家證實，一種名為「SUN5」的蛋白在這個過程中起了至關重要的作用。SUN5蛋白定位在精子頭尾連接的部位，負責將精子頭和尾整合到一起，SUN5的突變或缺失會直接導致無頭精子症的產生。

動物所李衛研究組研究了SUN5基因敲除後的小鼠。他們發現該小鼠的精子頭部呈圓形，而且不育。進一步研究發現，這些精子其實不含DNA，屬於典型的無頭精子。在精子中負責頭尾連接的是一個專門裝置，稱為「頭尾連接裝置」（Head to tailcoupling apparatus, HTCA）。HTCA上連精子頭，下接精子尾。研究發現，SUN5缺失的精子HTCA可以正常組裝，卻不能錨定到精子頭，於是HTCA和精子尾一起從精子頭脫離，產生了無頭的精子。而且，證據表明SUN5就定位在精子頭和尾相連的部位，負責二者的連接。

SUN5的缺失導致小鼠產生無頭精子

同時，安徽醫科大學曹雲霞教授團隊利用外顯子測序技術，在大量無頭精子症患者中發現了SUN5基因的10個突變。這說明，從臨床和實驗兩個方面的證據都證明SUN5是負責精子頭尾連接的關鍵原件，它的缺失或突變都能導致無頭精子的產生。無頭的精子是不能使卵子受精的，但是在無頭精子症患者的精液中還含有極少量的頭尾連接、但嚴重彎折的精子以及脫落的精子頭，該團隊利用這些極少量的精子頭成功使卵子受精，讓患者擁有了自己的寶寶。

SUN5的缺失導致小鼠精子頭尾分離模式圖

該研究從臨床問題出發，通過基礎研究手段進行了系統解答，並最終返回到臨床上解決了部分男性患者的不育難題。該研究並得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。

作者：李衛

來源：中國科學院動物研究所

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