【Sci Bull封面文章】贺小进/刘明兮/曹云霞/花荣/张金涛团队揭示精子变形期间MX-H囊泡通路通过吞噬抑制性RBP激活mRNA翻译

弱精子症和畸形精子症是男性不育的主要类型，也是国家生育支持战略中亟待破解的重要临床难题。在精子发生后期，圆形精子细胞（round spermatids, RS）向长形精子细胞（elongating spermatids, ES）转变的过程中，细胞内RNA转录活动逐渐沉默。然而，核浓缩、线粒体鞘形成、脱胞质及精子释放等一系列关键成熟事件，仍然高度依赖持续而精准的蛋白质合成。为满足这一需求，生精细胞在该阶段形成了特化的mRNA提前转录、储存及按时序激活翻译的调控模式。

近日，上海交通大学医学院附属第一人民医院贺小进团队、南京医科大学刘明兮/张金涛团队、安徽医科大学第一附属医院曹云霞/花荣团队在Science Bulletin（IF:21.1）在线发表了题为“A germline-specific vesicular structure licenses mRNA activation during spermiogenesis and is hijacked in gastric cancer”的封面论文。

该研究系统解析了精子核变形前后mRNA翻译效率的动态变化特征，筛选出一批在ES时期翻译效率显著上调的mRNA，并鉴定出调控这一翻译激活过程的ES特异性RNA结合蛋白MEX3D。研究团队进一步通过构建多种细胞和小鼠模型，结合多组学分析与多模式成像等研究手段，鉴定出由MEX3D-HIP1（MX-H）构成的囊泡通路及其相关结构 MXLV（MEX3D-associated lysosomal vesicle），系统揭示了晚期精子发生过程中储存 mRNA 被时序性激活翻译的关键分子机制。

解析RS-ES转换过程中的翻译特征，发掘关键调控因子MEX3D

为系统阐明精子转录沉默后mRNA的抑制性储存及翻译激活机制，研究团队首先构建了RS与ES的转录组和翻译组全景。对比发现，一批与精子变形和成熟密切相关的mRNA在核浓缩后翻译效率显著升高，提示ES精子细胞的晚期变形高度依赖储存mRNA的程序性再激活。基于多个标志性mRNA，研究团队筛选出一系列结合这些mRNA的RNA结合蛋白（RBPs），其中在RS-ES 转换过程中动态变化最显著的核心因子为MEX3D，一种具有潜在E3泛素连接酶活性的蛋白。

图1. RS-ES转换过程中的翻译特征及调控因子的鉴定

MEX3D调控ES精子细胞晚期变形的mRNA翻译

功能研究显示，MEX3D的关键作用集中于ES时期，其胞质中呈现弥散型和颗粒型两种分布模式。Mex3d 敲除模型中，晚期精子发生出现多重异常：精子变形晚期事件失调，包括脱胞质异常、线粒体鞘重塑受损、精子释放障碍及精子畸形。同时，MEX3D结合的mRNA在ES细胞中表现出显著的翻译增强，而MEX3D敲除会明显降低这些底物mRNA的翻译效率，表明MEX3D在ES精子细胞时期发挥着重要的翻译调控作用。

图2. MEX3D缺失导致转录沉默期的转录后RNA调控受损并扰乱精子发生

MEX3D通过泛素化降解RNA结合蛋白激活mRNA翻译

MEX3D具有E3连接酶活性，其结合蛋白在RNA结合蛋白中富集，包括mRNA剪切调控因子SF-1。进一步研究表明，MEX3D通过mRNA桥接结合SF-1，促进其泛素化降解。在MEX3D敲除小鼠ES精子细胞中，SF-1出现胞质沉积。细胞实验显示，SF-1过表达会抑制MEX3D底物mRNA的翻译效率。由此可提出模型：MEX3D通过结合mRNA表面的RNA结合蛋白，促进其泛素化降解，从而激活储存mRNA的翻译。

图3. MEX3D在精子变形期间促进其结合RNA的翻译

MXLV介导的MX-H囊泡通路

研究团队进一步解析了MEX3D降解RNA结合蛋白的机制，发现MEX3D在睾丸中与多种囊泡相关蛋白结合，包括HIP1。Hip1缺失模型的睾丸表型与Mex3d缺失高度相似，提示二者处于同一功能轴。细胞内及体外纯化实验显示，MEX3D和HIP1共定位于一种直径约0.1–2 μm的囊泡结构，命名为MXLV，该囊泡与内吞/自噬体囊泡具有一定同源性，并最终与溶酶体融合。

基于MXLV，研究团队提出了一个全新概念：① MEX3D 首先对抑制性 RBP/mRNP 进行泛素化标记；② HIP1 识别相关信号并促进其进入囊泡-溶酶体路径；③ mRNP结构重塑，储存的mRNA获得翻译许可。

值得注意的是，MEX3D在胃癌患者肿瘤组织中表达显著上调。敲减MEX3D会抑制胃癌细胞增殖与发展，提示这一原本具有生殖细胞特异性的翻译激活机制，可能在肿瘤细胞中被异常 “劫持”。

图4. MEX3D与HIP1在囊泡结构上共定位，并与自噬体和溶酶体发生相互作用

总结

该研究系统阐明了MX-H囊泡通路及其相关囊泡结构 MXLV 在晚期精子发生中的核心作用，揭示了一种通过选择性清除抑制性 mRNP 复合体来解除翻译抑制、促进储存 mRNA 时序性激活的分子机制。构建了连接“转录后翻译调控”与“精子终末成熟表型（胞质去除、线粒体鞘成熟及精子释放）”的机制框架。

上海交通大学附属第一人民医院的贺小进教授、南京医科大学的刘明兮教授、张金涛博士后、安徽医科大学第一附属医院的曹云霞教授、花荣副研究员为该论文的（共同）通讯作者， 南京医科大学的刘明兮教授和研究生王泽睿、李亦诺、肖壮，安徽医科大学第一附属医院的研究生谢青松为该论文的（共同）第一作者。南京医科大学人体解剖与组织胚胎学系的讲师何学智为本研究的肿瘤细胞相关内容提供了帮助。该工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目等资助。