细胞外囊泡存在于所有类型的体液中。已有的研究表明细胞外囊泡在大多数生理和病理状态下发挥功能,能够作为细胞间通讯的载体。但是,细胞外囊泡在精子发生、活力维持及相关疾病中的研究报道还较为少见,相关的全转录组分析还处于空缺状态。近期,中国农业大学动物科技学院姜力副教授等研究人员对约克夏猪精浆来源的细胞外囊泡进行RNA组学分析,鉴定到多个与精子活性相关的miRNA、lncRNA及蛋白编码基因,填补了这一空白。相关研究以“Identification of importantextracellular vesicle RNA molecules related to sperm motility and prostatecancer”为题发表在细胞外囊泡领域新刊Extracellular Vesicles andCirculating Nucleic Acids上。
在人类中,一些男性疾病,如前列腺病变、少精子症和弱精子症,与精子活力和功能差有关。精子活力是精子质量的重要指标之一。由于猪与人在代谢特征、心血管系统、器官比例大小等方面的相似性,特别是猪与人基因组序列的高度相似性,猪已成为人类生物医学研究的理想模型。此外,猪模型具有低遗传变异和减轻人类特定混杂因素(如吸烟和饮酒)的优点。因此,使用猪模型研究复杂的人类疾病是一个很好的策略。
细胞外囊泡 (EV),包括外泌体(平均大小约为 100 nm),是由大多数细胞释放的双层磷脂膜囊泡。许多研究表明,EV 含有 DNA、RNA、代谢物、脂质和蛋白质。作为生物活性分子和重要的细胞间信号分子的载体,EVs可以执行多种生物学功能,被认为具有重要生物学意义。目前有大量研究致力于鉴定 EV 中有效的临床生物标志物,特别是 microRNA、lncRNA 和蛋白质。
精液由精子和精浆组成,精浆中含有大量的EV。精浆 EVs (SPEVs) 来源于睾丸、附睾和附属腺体的分泌。先前的研究表明,精浆在精子的形态变化和成熟中起着重要作用,并参与女性生殖道中精子的代谢、存活和运输。近年来,一些研究表明 SPEVs 在精子功能中发挥重要作用,如精子活力、精子获能和顶体反应。据报道,SPEV中包含的非编码 RNA 参与保护精子免受女性生殖道中与精子接触所引发的女性免疫反应。此外,SPEVs可以在体外与精子结合,促进精子运动,延长精子的有效存活时间,提高精子质膜的完整性,增加抗氧化能力。然而,SPEV 中在精子活力中起重要作用的特定 RNA 分子仍不清楚。
miRNA 是内源性单链 18-25nt 小非编码 RNA,能够在转录后水平调节基因表达。据报道,miRNAs参与了许多生殖生物学相关基因的调控,如生殖细胞发育、成熟和受精。最近许多研究通过 RNA 测序和微阵列技术研究了人类 SPEV 中的 miRNA。例如,与正常个体相比,少弱精子症患者的精液外泌体中分别有 7 和 29 种 miRNA 以高水平和低水平表达。此外,有研究比较了来自不同病理类型的无精子症(阻塞性和分泌性无精子症)患者的精液外泌体的 miRNA 表达谱,并鉴定了五种 miRNA(miR-182-3p、miR-205-5p、miR-31-5p、miR-539-5p和 miR-941)作为分泌性无精子症患者的潜在生物标志物。
miRNAs 在基于 EV 的液体活检中的潜在应用引起了广泛关注。通过将患者与健康对照进行比较,已经确定了 EV 中与精子质量和 PCa 相关的一些重要 miRNA。然而,这些 EVs 大部分来自人类尿液和血浆,只有少数研究在人类精液外泌体中发现了几种特定的 miRNA 标记物。来自精浆的 EV 可以更好地反映精子和前列腺组织的状况。因此,在猪SPEVs中鉴定出的与精子质量相关的高度同源的miRNAs可以为PCa等患者的早期诊断提供有价值的信息。
该研究构成了对具有不同精子活力水平的约克夏公猪 SPEV 全转录组的首次研究。鉴定不同组间差异miRNA、基因和lncRNA表达谱,构建差异表达lncRNA(DEL)-差异表达miRNA(Demi)-差异表达基因(DEG)调控网络。鉴定了几个重要的 miRNA、lncRNA 和影响精子活力的基因。此外,评估了高度同源 miRNA 对 PCa 诊断的价值,ROC 分析显示hsa-miR-24-3p、hsa-miR-27a-3p、hsa-miR-27b-3p和 hsa- miR-23b-3p 可用作 PCa 诊断的有希望的生物标志物。
miRNA簇在猪染色体上的分布