在生殖學領域，存在一個有意思的問題：當精子進入雌性身體之後，是怎樣辨別出環境特征、找到前進的方向的？理論上，精子從漫無目的到朝向卵子位置前進的轉變過程，是繁殖成功的關鍵步驟。
在最新一期的【自然】雜誌中，來自斯德哥爾摩大學揭開了其中的神秘引路方法。首先，卵子會釋放一類化學吸引分子，當精子接觸到這些化學訊號後，其表面的特殊受體會發生改變，影響精子的內部特性。這些變化可以增強精子移動力，並促使它們沿著訊號來源前進，實作與卵子的結合。
這類能與化學訊號分子結合的精子表面蛋白中，有一種名為溶質載體9C1（SLC9C1）的蛋白起著關鍵作用 。溶質載體是膜轉運蛋白中的一大類，其中精子特異性的SLC9C1可以起著調控胞內pH值，鈉離子穩態和細胞容量的作用。
通常情況下，精子的SLC9C1蛋白會處於不活躍狀態，但是當它們與卵子的化學訊號接觸時，會產生一些變化。「 SLC9C1就像一個復雜的交換系統，可以幫助執行質子交換，並短暫地減少精子內部的酸性，從而誘導其增加移動性 。」研究作者David Drew教授表示。
▲精子表面的SLC9C1能夠透過電壓感應結構域，控制精子的質子交換。該過程引起的內部pH值變化會增加精子的移動性（圖片來源：參考資料[2]）
根據作者的發現，當SLC9C1與化學訊號分子結合時會產生微小的電壓變化，為了實作這一點， SLC9C1蛋白擁有一個特殊的電壓感應結構域 （voltage-sensing domain ，VSD）。通常情況下，VSD會與細胞表面的電壓門離子通道有關，而 精子的SLC9C1作為轉運分子，能擁有VSD是非常特殊的 。
借助冷凍電鏡技術，作者揭示了SLC9C1的VSD啟用過程，這也是科學家捕獲的首個轉運分子的VSD，其中SLC9C1擁有一個長片段的電壓感應螺旋（S4 helix）。
VSD結構域在感受到電壓變化時，會推動S4螺旋朝內變化，這樣可以清除出一條離子交換的通道，這也是精子內部酸堿性和移動能力發生改變的原因。
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從結構上來說，VSD與精子蛋白的結合方式是新穎的，它將經典的溶質載體與離子通道常見的調節結構域組合到了一起，使其成為了一種由膜電壓控制的二級轉運分子。
根據這一發現，研究者認為 未來我們能夠人工合成一些相似的蛋白，透過電壓來調節這些蛋白的活性。 除此之外，研究發現的SLC9C1對精子的運動能力至關重要，因此也可以成為避孕藥的潛在靶點。
參考資料：
[1]Sperm's secret voltage switch: Scientists unlock the mystery of motility. Retrieved October 26, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1005530
[2]Structures of a sperm-specific solute carrier gated by voltage and cAMP. Nature (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-023-06629-w
