科學(xué)前沿：精子竟然聞香識(shí)卵子？
故事得從2003年說(shuō)起，來(lái)自波鴻大學(xué)和加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新嗅覺(jué)受體蛋白，并把研究結(jié)果刊登在了《科學(xué)》（Science）雜志上。
要知道，在脊椎動(dòng)物中的基因中，編碼嗅覺(jué)受體蛋白的可有近千個(gè)之多，而《科學(xué)》雜志也是非重大發(fā)現(xiàn)不取的，那么這個(gè)蛋白究竟有何德何能，居然可以讓挑剔的編輯也為之折服呢？ 這是因?yàn)?mdash;—這個(gè)嗅覺(jué)受體蛋白居然是在睪丸里發(fā)現(xiàn)的！而且研究者在體外試驗(yàn)中成功地表達(dá)了有功能的這個(gè)受體蛋白。
最愛(ài)空谷幽蘭
在人類的23對(duì)染色體中，除了第20號(hào)染色體與Y染色體之外，在其余的染色體上都可以找到不同的嗅覺(jué)受體基因。在前文說(shuō)的2003年的這項(xiàng)研究中，研究人員從睪丸的DNA中分離出了一條在第17號(hào)染色體上的嗅覺(jué)受體基因，并把它命名為hOR17-4 。
既然是嗅覺(jué)受體，那么這個(gè)蛋白能“聞”到什么味道呢？研究人員在HEK293細(xì)胞（人類胚胎腎細(xì)胞，好培養(yǎng)，易轉(zhuǎn)染，故常用于轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)）中表達(dá)了這個(gè)蛋白，并用不同的化合物去刺激這些細(xì)胞。
根據(jù)嗅覺(jué)受體蛋白的作用原理，當(dāng)它與氣味小分子結(jié)合后，就會(huì)激活細(xì)胞內(nèi)的一些通路，使細(xì)胞外的鈣離子流入細(xì)胞內(nèi)，而檢測(cè)到了鈣離子的流入就說(shuō)明細(xì)胞“感覺(jué)到”了氣味。
在100種化合物中，研究人員發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)他們使用仙客來(lái)醛（一種有仙客來(lái)花香，可用于調(diào)配食品的物質(zhì)，英文叫做cyclamal）刺激細(xì)胞時(shí)，才能夠檢測(cè)到這股鈣離子流。
根據(jù)結(jié)構(gòu)上的相似性，研究人員又發(fā)現(xiàn)其他一些能夠激活這個(gè)受體蛋白的化學(xué)物質(zhì)，其中一種叫波吉洪醛（Bourgeonal ）的香味分子產(chǎn)生的效果最佳。除了表達(dá)那個(gè)受體蛋白的HEK293細(xì)胞外，精子細(xì)胞（精細(xì)胞上也有這個(gè)嗅覺(jué)受體蛋白）接觸到這個(gè)分子后，同樣觸發(fā)了鈣離子流。
此外，隨著波吉洪醛濃度的增加，精子游動(dòng)的速度也隨之提高，并且會(huì)往波吉洪醛濃度較高的地方游去。在生活中波吉洪醛可不是什么陌生的東西。這種有著一股鈴蘭（Lily of healing garden the healing garden Valley）香味的小分子經(jīng)常被添加到香水里。
我聞不到你，卻能感覺(jué)到你的存在
學(xué)界一直對(duì)雌激素的作用方式存在著爭(zhēng)議——它究竟是先作用在細(xì)胞膜表面的受體，觸發(fā)某些蛋白的表達(dá)，從而起作用的，還是直接作用在已經(jīng)存在的蛋白上起作用的呢？
諸位還記得上文中提到的鈣離子通道嗎？2011年發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文對(duì)精子上的鈣離子通道進(jìn)行了更仔細(xì)的研究，并發(fā)現(xiàn)雌激素可以直接作用于這些鈣離子通道，使得鈣離子涌入精子。作者認(rèn)為這項(xiàng)研究為關(guān)于雌激素作用方式的爭(zhēng)論劃上了一個(gè)休止符。
而一些敏銳的科學(xué)家們馬上把這項(xiàng)研究與波吉洪醛聯(lián)系到了一起——波吉洪醛的作用是間接還是直接呢？由于所有的實(shí)驗(yàn)體系均已建立，所以科學(xué)家們很快地得到了答案。在2012年的一篇論文中 ，研究人員發(fā)現(xiàn)這個(gè)作用方式也是直接的——波吉洪醛觸發(fā)鈣離子流的過(guò)程，同樣不需要G蛋白和cAMP的參與。
不過(guò)這個(gè)研究結(jié)果也表明，精子并不是“聞”到了鈴蘭味才開(kāi)始蠢蠢欲動(dòng)的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用波吉洪醛來(lái)引誘精子的話，想達(dá)到和雌激素相同的效果，波吉洪醛的濃度得是雌激素的1000倍，而這只有實(shí)驗(yàn)室條件下才能達(dá)到。換句話說(shuō)，精子們只是碰巧能夠感知波吉洪醛分子的存在罷了。
看到這里，想必那些期望看到微觀版“聞香識(shí)女人”的讀者們有些失望了。然而對(duì)于研究精子的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，為什么精子上的鈣離子通道蛋白能夠識(shí)別不同的信號(hào)分子卻成了一個(gè)很有意思的問(wèn)題。
現(xiàn)有的假設(shè)認(rèn)為，精子為了在奔向輸卵管的長(zhǎng)途跋涉中不迷路，需要有這樣的向?qū)е该髑斑M(jìn)的方向。這樣精子才能逆信號(hào)分子（比如說(shuō)雌激素）濃度而上，最終遇見(jiàn)那顆屬于它的卵子 。當(dāng)然也有的科學(xué)家并不是那么浪漫。在他們眼中，如果有一種藥物能夠讓這些離子通道失去作用，那么一種全新的避孕方法可能就應(yīng)運(yùn)而生了。
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