王克坚教授课题组近期（2022.3.21）在国际期刊《International Journal of Molecular Sciences》发表了最新研究成果“Two male-specific antimicrobial peptides SCY2 and scyreprocin as crucial molecules participated in the sperm acrosome reaction of mud crab Scylla paramamosain”，首次报道了两个生殖系统特异性高表达的抗菌肽Scyreprocin与SCY2参与了青蟹授精过程中的关键步骤，在青蟹生殖过程中发挥抗菌作用和参与精子顶体反应过程的双重生理学功能。该研究初步回答了一个重要科学问题：即性成熟的青蟹性腺中为什么存在高丰度的抗菌肽及其内在生物学意义。
精子顶体反应是生物生殖过程中非常重要的一环，是精卵成功融合(即授精)的关键步骤。青蟹缺乏已报道的精子顶体反应相关关键因子，该项研究所揭示的青蟹精子顶体反应的分子机制，与哺乳动物以及海洋动物海胆的机制不同。通过研究发现两种抗菌肽Scyreprocin和SCY2可作为关键因子介导青蟹精子受孕酮诱导的顶体反应，该发现鲜有报道，是一种新的精子顶体反应分子机制。该研究对其他动物(如缺乏已知关键因子)的精子顶体反应机制的研究具有重要借鉴价值。
该研究基于本课题组早期发现的两种青蟹抗菌肽SCY2（2016年发表）和Scyreprocin（2020年发表）。SCY2在雄性青蟹生殖系统中特异性高表达，具有生殖免疫功能，与本实验室2006年首次发现的青蟹新型抗菌肽Scygonadin同源性高，其突出特点是在青蟹繁殖期，受激素孕酮诱导，于性腺中显著表达。Scyreprocin是基于SCY2 的基因信息，利用酵母双杂交技术获得的一种天然互作蛋白，研究发现其具有显著的抗细菌和真菌作用，是一种新型抗菌肽，在性成熟青蟹的精巢组织中显著表达。本研究证实SCY2与Scyreprocin对从青蟹精巢细胞中分离鉴定的恶臭假单胞菌具有较强的抗菌活性；用该致病菌感染青蟹，其性腺中两种抗菌肽的表达量显著升高，预示都具有生殖免疫功能。对性成熟的青蟹性腺中高丰度的Scyreprocin及SCY2进一步研究发现，SCY2与Scyreprocin蛋白均表达于成熟青蟹的精子顶体上；两种抗菌肽均可与孕酮结合，而SCY2可直接与钙离子结合。
图1 (原图Fig.5).顶体反应过程中Scyreprocin与SCY2在精子上的表达模式（Figure 5. Expression pattern of scyreprocin and SCY2 in sperm during the acrosome reaction (AR)）
分别利用特异性抗体阻抑精子表面的相应抗菌肽蛋白功能，并以孕酮诱导精子顶体反应进行机制研究，发现SCY2或Scyreprocin功能被抑制时，孕酮均无法诱导精子发生顶体反应；且当SCY2功能受到抑制时，精子胞内钙离子的浓度维持在极低水平。因此， SCY2 和/或Scyreprocin的缺失(或活性丧失)将导致青蟹精子胞内钙离子稳态失衡甚至丧失顶体反应能力，进而影响青蟹的授精完成。该项研究结果表明SCY2与Scyreprocin除了通过发挥抗菌活性抵御生殖系统感染外，还可能通过与孕酮结合、介导钙离子内流过程等直接参与青蟹的精子顶体反应。这些新发现将拓展对抗菌肽生理学功能的认知，丰富了海洋动物抗菌肽的理论知识。
图2 (原图Fig.6). Scyreprocin与SCY2在孕酮（PG）诱导的精子顶体反应中起关键因子作用（Figure 6. Scyreprocin and SCY2 functioned as critical molecules in progesterone (PG)-induced sperm acrosome reaction (AR)）
图3（原图Fig.8, Fig.9）. Scyreprocin与SCY2 在青蟹精子顶体反应中的作用概图（上图示）; 哺乳动物、海胆与青蟹三种动物精子顶体反应的机制简要比较（下图示）(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. )
该论文第一作者为博士研究生杨盈，王克坚教授为通讯作者，陈芳奕副教授、陈慧芸工程师、博士研究生乔琨及硕士研究生张华为该论文合作作者。本研究得到国家自然科学基金面上项目的资助（41676158）。
发表的文章：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
