王克堅教授課題組近期（2022.3.21）在國際期刊《International Journal of Molecular Sciences》發表了最新研究成果“Two male-specific antimicrobial peptides SCY2 and scyreprocin as crucial molecules participated in the sperm acrosome reaction of mud crab Scylla paramamosain”，首次報道了兩個生殖系統特異性高表達的抗菌肽Scyreprocin與SCY2參與了青蟹授精過程中的關鍵步驟，在青蟹生殖過程中發揮抗菌作用和參與精子頂體反應過程的雙重生理學功能。該研究初步回答了一個重要科學問題：即性成熟的青蟹性腺中為什么存在高豐度的抗菌肽及其內在生物學意義。
精子頂體反應是生物生殖過程中非常重要的一環，是精卵成功融合(即授精)的關鍵步驟。青蟹缺乏已報道的精子頂體反應相關關鍵因子，該項研究所揭示的青蟹精子頂體反應的分子機制，與哺乳動物以及海洋動物海膽的機制不同。通過研究發現兩種抗菌肽Scyreprocin和SCY2可作為關鍵因子介導青蟹精子受孕酮誘導的頂體反應，該發現鮮有報道，是一種新的精子頂體反應分子機制。該研究對其他動物(如缺乏已知關鍵因子)的精子頂體反應機制的研究具有重要借鑒價值。
該研究基于本課題組早期發現的兩種青蟹抗菌肽SCY2（2016年發表）和Scyreprocin（2020年發表）。SCY2在雄性青蟹生殖系統中特異性高表達，具有生殖免疫功能，與本實驗室2006年首次發現的青蟹新型抗菌肽Scygonadin同源性高，其突出特點是在青蟹繁殖期，受激素孕酮誘導，于性腺中顯著表達。Scyreprocin是基于SCY2 的基因信息，利用酵母雙雜交技術獲得的一種天然互作蛋白，研究發現其具有顯著的抗細菌和真菌作用，是一種新型抗菌肽，在性成熟青蟹的精巢組織中顯著表達。本研究證實SCY2與Scyreprocin對從青蟹精巢細胞中分離鑒定的惡臭假單胞菌具有較強的抗菌活性；用該致病菌感染青蟹，其性腺中兩種抗菌肽的表達量顯著升高，預示都具有生殖免疫功能。對性成熟的青蟹性腺中高豐度的Scyreprocin及SCY2進一步研究發現，SCY2與Scyreprocin蛋白均表達于成熟青蟹的精子頂體上；兩種抗菌肽均可與孕酮結合，而SCY2可直接與鈣離子結合。
圖1 (原圖Fig.5).頂體反應過程中Scyreprocin與SCY2在精子上的表達模式（Figure 5. Expression pattern of scyreprocin and SCY2 in sperm during the acrosome reaction (AR)）
分別利用特異性抗體阻抑精子表面的相應抗菌肽蛋白功能，并以孕酮誘導精子頂體反應進行機制研究，發現SCY2或Scyreprocin功能被抑制時，孕酮均無法誘導精子發生頂體反應；且當SCY2功能受到抑制時，精子胞內鈣離子的濃度維持在極低水平。因此， SCY2 和/或Scyreprocin的缺失(或活性喪失)將導致青蟹精子胞內鈣離子穩態失衡甚至喪失頂體反應能力，進而影響青蟹的授精完成。該項研究結果表明SCY2與Scyreprocin除了通過發揮抗菌活性抵御生殖系統感染外，還可能通過與孕酮結合、介導鈣離子內流過程等直接參與青蟹的精子頂體反應。這些新發現將拓展對抗菌肽生理學功能的認知，豐富了海洋動物抗菌肽的理論知識。
圖2 (原圖Fig.6). Scyreprocin與SCY2在孕酮（PG）誘導的精子頂體反應中起關鍵因子作用（Figure 6. Scyreprocin and SCY2 functioned as critical molecules in progesterone (PG)-induced sperm acrosome reaction (AR)）
圖3（原圖Fig.8, Fig.9）. Scyreprocin與SCY2 在青蟹精子頂體反應中的作用概圖（上圖示）; 哺乳動物、海膽與青蟹三種動物精子頂體反應的機制簡要比較（下圖示）(Figure 8. Roles of scyreprocin and SCY2 in the sperm acrosome reaction (AR) of Scylla paramamosain. Figure 9. Brief comparison of sperm acrosome reaction (AR) mechanism in mammals, sea urchin, and mud crab. )
該論文第一作者為博士研究生楊盈，王克堅教授為通訊作者，陳芳奕副教授、陳慧蕓工程師、博士研究生喬琨及碩士研究生張華為該論文合作作者。本研究得到國家自然科學基金面上項目的資助（41676158）。
發表的文章：Yang, Y., Chen, F., Qiao, K., Zhan, H., Chen, HY., Wang, KJ.,* Two male-specific antimicrobial peptides SCY2 and scyreprocin as crucial molecules participated in the sperm acrosome reaction of mud crab Scylla paramamosain. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 3373. https://doi.org/10.3390/ijms23063373
文章地址：https://www.mdpi.com/1422-0067/23/6/3373/pdf
