在一项新的研究中，来自瑞典斯德哥尔摩大学的研究人员揭示了精子如何从被动的旁观者变成充满活力的游泳者的复杂奥秘。这种转变是受精过程中的关键一步，它取决于一种独特的离子转运体--- SLC9C1---的激活。相关研究结果于2023年10月25日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Structure and electromechanical coupling of a voltage-gated Na+/H+ exchanger”。
想象一下，精子就像一个小小的冒险家，正在探寻终极宝藏---卵子。它们没有地图，但它们会利用一些更特别的东西：化学引诱物（chemo-attractant）。这是卵子释放的化学信号，卵子就像警笛一样，引导并激活精子。这些信号与精子表面上的受体结合就会引发一系列事件，使得精子开始向卵子移动。在这个错综复杂的过程中，一个关键的角色是一种叫做“SLC9C1 ”的蛋白。它只存在于精子中，通常并不活跃。然而，当化学引诱物与精子表面相互作用时，一切都会改变。
论文通讯作者、斯德哥尔摩大学生物化学教授David Drew说，“SLC9C1的运作就像一个高度复杂的交换系统。它将细胞内的质子与细胞外的钠离子进行交换，暂时在精子内部创造一个酸性较低的环境。这种内部环境的变化会增强精子的活力。”
SLC9C1 的激活是由化学引诱物附着在精子上时发生的电压变化驱动的。为了实现这一目的，SLC9C1使用了一种称为电压感应结构域（voltage-sensing domain, VSD）的独特功能。通常，VSD结构域与电压门控离子通道有关。但就 SLC9C1 而言，它是转运体领域中真正特殊的东西。
海胆SLC9C1的功能表征及结构确定。图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06518-2。
这些作者揭开了 SLC9C1 内部运作的秘密，并提供了一种转运体的VSD结构域激活及其通过异常长的电压感应（S4）螺旋连接的第一个例子。
Drew说，“VSD结构域通过向内推动它的杆状 S4 螺旋来对这种电压变化做出反应。这为 SLC9C1 的离子交换扫清了道路，最终启动了精子的运动。”
Drew指出，“转运体的工作方式与离子通道截然不同，因此，VSD结构域与精子蛋白SLC9C1的偶联方式是我们以前从未见过的，甚至是想象不到的。
看到大自然是如何做到这一点的令人兴奋，也许将来我们可以从中学习，制造出可以通过电压开启的合成蛋白，或者开发出通过阻断这种蛋白而起作用的新型男性避孕药。”
参考资料：
1. Hyunku Yeo et al. Structure and electromechanical coupling of a voltage-gated Na+/H+ exchanger. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-06518-2.
2. Sperm's secret voltage switch: Scientists unlock the mystery of motility
https://www.su.se/english/news/sperm-s-secret-voltage-switch-scientists-unlock-the-mystery-of-motility-1.685891
