在生殖学领域，存在一个有意思的问题：当精子进入雌性身体之后，是怎样辨别出环境特征、找到前进的方向的？理论上，精子从漫无目的到朝向卵子位置前进的转变过程，是繁殖成功的关键步骤。
在最新一期的【自然】杂志中，来自斯德哥尔摩大学揭开了其中的神秘引路方法。首先，卵子会释放一类化学吸引分子，当精子接触到这些化学信号后，其表面的特殊受体会发生改变，影响精子的内部特性。这些变化可以增强精子移动力，并促使它们沿着信号来源前进，实现与卵子的结合。
这类能与化学信号分子结合的精子表面蛋白中，有一种名为溶质载体9C1（SLC9C1）的蛋白起着关键作用 。溶质载体是膜转运蛋白中的一大类，其中精子特异性的SLC9C1可以起着调控胞内pH值，钠离子稳态和细胞容量的作用。
通常情况下，精子的SLC9C1蛋白会处于不活跃状态，但是当它们与卵子的化学信号接触时，会产生一些变化。「 SLC9C1就像一个复杂的交换系统，可以帮助执行质子交换，并短暂地减少精子内部的酸性，从而诱导其增加移动性 。」研究作者David Drew教授表示。
▲精子表面的SLC9C1能够通过电压感应结构域，控制精子的质子交换。该过程引起的内部pH值变化会增加精子的移动性（图片来源：参考资料[2]）
根据作者的发现，当SLC9C1与化学信号分子结合时会产生微小的电压变化，为了实现这一点， SLC9C1蛋白拥有一个特殊的电压感应结构域 （voltage-sensing domain ，VSD）。通常情况下，VSD会与细胞表面的电压门离子通道有关，而 精子的SLC9C1作为转运分子，能拥有VSD是非常特殊的 。
借助冷冻电镜技术，作者揭示了SLC9C1的VSD激活过程，这也是科学家捕获的首个转运分子的VSD，其中SLC9C1拥有一个长片段的电压感应螺旋（S4 helix）。
VSD结构域在感受到电压变化时，会推动S4螺旋朝内变化，这样可以清除出一条离子交换的通道，这也是精子内部酸碱性和移动能力发生改变的原因。
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从结构上来说，VSD与精子蛋白的结合方式是新颖的，它将经典的溶质载体与离子通道常见的调节结构域组合到了一起，使其成为了一种由膜电压控制的二级转运分子。
根据这一发现，研究者认为 未来我们能够人工合成一些相似的蛋白，通过电压来调节这些蛋白的活性。 除此之外，研究发现的SLC9C1对精子的运动能力至关重要，因此也可以成为避孕药的潜在靶点。
参考资料：
[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
