浙江大学黄荷凤院士团队，最新STTT：开创弱畸形精子症新疗法！

随着全球不孕症发生率不断上升，男性不育已成为严峻的公共卫生问题。弱畸精子症（asthenoteratozoospermia）是常见的男性不育原因之一，其特征为精子前向运动能力显著下降（<32%）且正常形态精子比例极低（<4%）。尽管遗传因素被认为是重要病因，但导致精子发生缺陷的具体分子机制仍不明确。RNA结合蛋白（RBPs）在精子发生过程中通过调控RNA剪接等转录后过程发挥关键作用，其中N6-甲基腺苷（m6A）作为哺乳动物中最常见的mRNA内部修饰，可通过影响RNA剪接、稳定性和翻译效率精细调控基因表达。然而，m6A依赖性剪接在精子形成特别是圆形精子细胞阶段的作用机制尚不清楚，针对精子活力与形态缺陷的靶向治疗策略也极为缺乏。

浙江大学医学院附属第四医院黄荷凤，高玉珍和复旦大学妇产科医院张晨等人合作，首次揭示了hnRNPR在m6A依赖性剪接中的关键作用，并开发了基于细胞外囊泡SKAP2递送的新型治疗策略，为男性不育的机制理解与临床干预提供了新见解。相关内容以“Targeting SKAP2 restores sperm motility and morphology through modulating mitochondrial organization and cytoskeletal remodeling”为题，发表在《Signal Trasduction and Targeted Therapy》。

主要内容

图1 HNRNPR基因突变导致弱畸精子症与男性不育

通过对572名弱畸精子症患者进行全外显子测序，研究团队在两个家系中发现了HNRNPR基因的致病性突变（纯合错义突变c.1540G>A与复合杂合突变c.1280A>C、c.1369G>A）。突变位于或邻近RGG结构域，患者精子虽浓度正常，但前向运动力与正常形态比例显著降低。Diff-Quik染色与透射电镜显示突变携带者精子存在顶体脱落、颈部结构紊乱等形态异常，首次证实HNRNPR突变与人类弱畸精子症的直接关联。

图2 Hnrnpr突变在小鼠中引起弱畸精子症

构建的Hnrnpr点突变敲入小鼠虽睾丸形态与精子数量正常，但完全丧失生育能力。计算机辅助精液分析显示突变小鼠精子总活力与前向运动力显著下降，约96.35%的精子出现头尾部形态异常。透射电镜进一步揭示其鞭毛缺乏典型的“9+2”微管排列结构，甚至出现多个鞭毛共享同一细胞膜的异常现象，完美模拟了人类患者的表型特征。

图3 Hnrnpr突变导致精子发生过程异常

通过阶段特异性分析发现，突变小鼠在精子细胞发育第9步即出现顶体形成异常。透射电镜显示顶体与核膜附着异常，同时微管组成的manchette结构定位紊乱且过度伸长。免疫荧光与定量分析证实突变精子中微管长度显著增加且呈不对称分布，表明hnRNPR对顶体附着、核浓缩及manchette组装协调至关重要。

图4 Hnrnpr突变引起转录组与蛋白质组异常

单细胞RNA测序发现突变圆形精子细胞中有498个差异表达基因，其中细胞骨架组织相关通路显著富集。Skap2表达显著下调。蛋白质组学分析进一步揭示63个在人与小鼠中共同差异表达的蛋白，其中71.08%与精子细胞骨架相关，SKAP2与F-ACTIN在突变体中均显著降低，提示hnRNPR通过调控SKAP2与F-ACTIN表达影响精子结构建立。

图5 hnRNPR通过m6A依赖性机制调控Skap2可变剪接

RIP-seq与m6A-seq整合分析发现hnRNPR结合峰与m6A修饰位点高度重叠，且共同富集于细胞骨架相关通路。Skap2被鉴定为关键下游靶标，其外显子2在突变小鼠中发生异常跳跃。通过构建m6A位点突变迷你基因，证实m6A修饰对hnRNPR介导的Skap2剪接调控不可或缺，首次阐明hnRNPR-m6A-Skap2轴在精子发生中的调控机制。

图6 SKAP2缺失破坏精子发生与精子形态

构建生殖细胞特异性Skap2条件性敲除小鼠，发现其睾丸结构正常但精子形态异常率显著升高，鞭毛微管排列紊乱。精子活力检测显示总活力与前向运动力均大幅下降，呈现典型的弱畸精子症表型。免疫荧光显示F-ACTIN定位紊乱，manchette发育异常，DNA碎片增加且完全丧失生育能力，证明SKAP2对精子细胞骨架组织与男性生育力至关重要。

图7 细胞外囊泡SKAP2在体内恢复精子活力与形态

研究团队开发了载有SKAP2蛋白的乳汁来源细胞外囊泡（mEVs-SKAP2），并将其显微注射至Hnrnpr突变小鼠的睾丸输出小管。治疗后精子总活力与前向运动力显著提升，形态异常比例下降，鞭毛弯曲与顶体脱落现象明显改善。Western blot显示精子中F-ACTIN水平得到恢复，表明mEVs-SKAP2可通过重塑细胞骨架部分挽救hnRNPR突变引起的精子缺陷。

图8 mEVs-SKAP2恢复精子线粒体组织

透射电镜分析显示，mEVs-SKAP2治疗不仅修复了线粒体鞘的完整性，还显著改善了线粒体的空间排列，形成更有序、更致密的螺旋结构。这种线粒体组织的优化有助于提升ATP产生效率，为精子运动提供充足能量，从细胞器层面解释了治疗后精子活力增强的机制。

图9 mEVs-SKAP2在体外改善人类精子活力

将mEVs-SKAP2与人类精子共培养，发现其能显著提升正常个体、HNRNPR突变携带者及特发性弱畸精子症患者的精子总活力、前向运动力与平均路径速度。虽然形态改善不如体内模型显著，但鞭毛弯曲频率显著降低。分子水平上，F-ACTIN聚合增强，表明SKAP2通过调节肌动蛋白细胞骨架驱动功能恢复，为临床应用提供了实验依据。

总结与展望

本研究系统揭示了hnRNPR在精子发生中的关键作用，首次将其确立为弱畸精子症的新致病基因。机制上，hnRNPR通过m6A依赖性剪接调控Skap2表达，进而影响F-ACTIN组装、顶体形成、核形态塑造与鞭毛发育。更重要的是，研究创新性地开发了mEVs-SKAP2递送系统，在体内外模型中均能有效改善精子活力与部分形态指标，尤其通过重塑细胞骨架与优化线粒体组织实现功能恢复。这项工作不仅阐明了m6A介导的转录后调控在精子发生中的精细机制，更开创了基于细胞外囊泡的蛋白质靶向治疗新策略，为男性不育特别是弱畸精子症的病因诊断与临床干预提供了新的理论依据与转化方向。未来研究可在更大样本中验证治疗效果，并优化递送系统以提高形态修复效率，推动该策略向临床应用的转化。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41392-025-02513-3