西湖大学生命科学学院特聘研究员唐鸿云团队与北京大学跨学部生物医学工程系助理教授黄小帅团队合作，他们首次鉴定到一种特异性包裹线粒体的细胞外囊泡——精子中线粒体数量调控的主要机制，可能调控精子的能动性和可育性。11月10日，相关研究成果发表在《自然-细胞生物学》上。

精子内部线粒体的功能或数量改变对男性不育症的影响，是生殖领域长期关注的关键问题。过去一些观察发现，来自不同弱精症患者的精子存在线粒体数量过多或过少的情况，这暗示着精子内部线粒体数量维持在一个合适的范围，可能对于精子可育性非常重要。然而，相关机制的研究仍非常有限。

在唐鸿云和团队成员的一份实验图像上，精细胞胞外、细胞与细胞之间，冒出了一个陌生的“泡泡”，特别显眼。他们没有放过这个“意外”，并惊奇地发现这个“泡泡”里有且仅有一个完整的、健康的线粒体。这种特异性含有单个线粒体的细胞外囊泡，在过去从未被发现过，也从未被定义过。研究团队将这个“泡泡”命名为“线粒体囊”。

研究人员还通过多种先进的活体成像技术，观察到了线粒体囊“带走”线粒体的动态过程，也叫“线粒体囊吐”。把精细胞想像成一个大泡泡。细胞质膜先是向外形成芽突，包裹一个健康的线粒体，然后迅速芽吐生成“线粒体囊”。就像大泡泡鼓起了一个犄角，然后往外一吐，吐出一个小泡泡。

最终，研究团队确认了两个关键信息：

一是确认“新”：线粒体囊与之前报道过的另外两类携带细胞器的囊泡——迁移体及exopher——在生物合成机制、生成速度、大小及货物特异性上有明显区别，因此可以认定为是一类全新的包裹细胞器的囊泡。

二是确认“多”：实验发现，平均每个精细胞可以产生约29个线粒体囊，也就是说，精子在发育过程中会“扔出”29个线粒体。对比此前实验中“平均减少33个线粒体”的数据，说明线粒体囊的产生是精细胞中最主要的线粒体数量调节机制。

研究人员进一步分析了“线粒体囊”的形成，并通过抑制“线粒体囊”的发生，观察其对精子运动能力和可育性的影响。他们发现，“线粒体囊”分泌减少的突变体线虫，精子中所含的线粒体数量明显高于其他正常分泌“线粒体囊”的精子，会存在很高比例无法运动的情况。同时，“线粒体囊”分泌减少的突变体雄虫，与野生型雄虫相比，产生的后代数明显减少。

“线粒体囊及其调控机制的发现，是在现有线粒体数量调控机制上开辟出的一个全新分支。”唐鸿云说，这项研究丰富了人们对线粒体行为的基础认知，也有望对精子不育提供新的机制性理解。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41556-023-01264-z

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该研究科普长图。课题组供图