PNAS | 四川大學沈英團隊揭示精子頭部“瘦身”的秘密

在精子形成的最后階段——精子發生過程中，細胞核需要經歷一場劇烈的“裝修”：原本纏繞DNA的組蛋白被逐步拆除，換上過渡蛋白（TNPs），最后再替換為魚精蛋白（PRMs），使精子頭部變得高度濃縮、呈流線型。這一過程若出現差錯，精子頭部無法正常壓實，就會導致男性不育。然而，過渡蛋白究竟是如何被精準降解的？其背后的分子機制一直成謎。

2026年4月1日，四川大學華西第二醫院沈英團隊在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表題為《ASB9 promotes ubiquitin-mediated degradation of TNP2 to facilitate histone-to-protamine transition in humans and mice》的研究論文。該研究首次揭示了一個睪丸特異性E3泛素連接酶復合物如何通過降解過渡蛋白TNP2，確保精子染色質順利壓實，并闡明了ASB9基因突變導致人類男性不育的分子基礎。

研究團隊首先在一例因精子頭部畸形導致不育的家族中，發現了兩名男性患者攜帶ASB9基因的錯義突變（p.P202L）。該突變導致ASB9蛋白水平顯著下降。患者精子頭部呈梨形，染色質極度松散，核內出現空泡。為進一步驗證，團隊構建了Asb9基因敲除和攜帶同源點突變的敲入小鼠。敲除雄性小鼠完全不育，敲入小鼠則為亞不育。兩種小鼠的精子均出現頭部畸形、尾部軸絲暴露以及頂體和領結結構紊亂等特征，而早期生精過程未見明顯異常。

電子顯微鏡觀察顯示，敲除小鼠從第11-12期延長型精細胞開始，染色質始終無法正常壓縮，直至第15-16期仍保持松散狀態。免疫熒光染色發現，敲除小鼠和患者精子中TNP2蛋白異常滯留，而魚精蛋白PRM1和PRM2（尤其是PRM2）顯著減少。進一步追蹤精細胞分化過程發現，野生型小鼠中TNP2在第13-14期開始消退、第15-16期完全消失，而敲除小鼠中TNP2持續存在于晚期精細胞核內，表明ASB9缺失直接阻斷了TNP2的正常清除。

為了解ASB9的作用機制，團隊通過免疫沉淀-質譜聯用技術，從小鼠睪丸中釣取了ASB9的相互作用蛋白。基因本體分析顯示這些蛋白富集于精子DNA濃縮、泛素化途徑等。其中，CUL5、ELOB/C復合物、RBX1等CRL型E3泛素連接酶的核心組件被顯著富集，而TNP2也作為直接結合蛋白被鑒定出來。免疫共沉淀實驗證實，ASB9通過其第4個錨蛋白重復結構域與TNP2的P1基序（第12-23位氨基酸）直接結合，同時與ELOB/C、CUL5和RBX1形成穩定的復合物，而非此前在體細胞中報道的RBX2。

蛋白質組學分析比較了敲除與野生型小鼠睪丸，發現TNP2是上調最顯著的蛋白之一，而ASB9本身及ELOB、ELOC、CUL5、RBX1均顯著下調。免疫共沉淀進一步顯示，敲除小鼠睪丸中TNP2的K48連接的多聚泛素化水平大幅降低，而K63連接則無明顯變化。在細胞實驗中，過表達ASB9可促進TNP2的K48泛素化及蛋白酶體依賴性降解；而分別或同時敲低ELOB、ELOC、CUL5或RBX1，均會削弱TNP2的泛素化水平，且敲低基因越多，削弱越明顯。此外，定點突變TNP2的第80位和第112位賴氨酸（對應小鼠的K60和K91）可顯著抑制其泛素化，證實這兩個位點是ASB9復合物介導修飾的關鍵殘基。最后，研究還發現該復合物各組分之間相互穩定：敲除ASB9會導致ELOB/C、CUL5和RBX1蛋白水平下降，反之亦然，說明這些蛋白通過直接相互作用形成穩定的全酶復合物。