近期发表在Cells上的一项题为“Cellular and Molecular Mechanisms of In Vivo and In Vitro SARS-CoV-2 Infection: A Lesson from Human Sperm”的研究，揭示了SARS-CoV-2感染的分子和细胞的机制。尽管呼吸系统是新冠病毒主要的攻击目标，但研究表明，男性生殖系统可能是该病毒攻击的另一个目标器官。了解 COVID-19 对睾丸和精子的影响对于生殖生物学和开发生殖医学至关重要。
研究成果（图源：[1]）
研究证明了血管紧张素转换酶2（ACE-2）、跨膜丝氨酸蛋白酶2（TRPMSS2）、basigin（BSG）和组织蛋白酶L（CTSL）等必需分子的表达及其在SARS-CoV-2进入人类睾丸和精子的宿主细胞。
对于体外研究，该团队招募了20名年龄在30±4.5岁的高加索男性，他们在锡耶纳大学医院接受了精液评估，研究团队收集了所有参与者的完整临床病史。此外，还从10名31±2.5岁的患者身上收集了睾丸样本，并进行了诊断性睾丸活检。入组患者均未接受放疗、化疗和激素治疗。该研究还涉及对一名40岁男子采集的精子进行超微结构分析，该男子通过逆转录聚合酶链反应（RT-PCR）诊断出患有轻度COVID-19。
受试者在禁欲三到五天后接受精液样本收集。随后，研究人员进行了标准精液分析，分析了所有受试者的主要精子参数，如形态、浓度、总活力和进展性。将精子样本进一步处理用于透射电子显微镜或用于基因表达分析的免疫荧光。用SARS-CoV-2菌株感染精子细胞并通过斑块测定进行滴定。
研究结果表明：
01 BSG在睾丸和精子中的浓度最高，而ACE2在睾丸中的表达浓度高于精子
CTSL在样本中的表达水平相当，而TMPRSS2在精子中的表达水平较低，但在睾丸样本中检测不到。此外，ACE2、CTSL、BSG和TMPRSS2与间质细胞标记物胰岛素样肽3（INSL3）共定位。CTSL和BSG在支持细胞中也显示出较弱的染色。与其他共受体相比，TMPRSS2的强度较低，定位仅限于Leydig细胞。
02 病毒吸附增加了精子细胞和病毒之间的物理联系
对体外精子中ACE2、BSG、CTSL和TMPRSS2的亚细胞定位评估表明，ACE2在尾部有更强烈的染色，而TMPRSS2和BSG在尾部中段有白色、微弱的染色。CTSL显示整个精子尾部的最强烈染色。此外，在体外感染后对SARS-CoV-2核糖核酸（RNA）进行定量，导致病毒RNA滴度在受病毒吸收（ADS）的受感染精子细胞中是没有病毒吸收的精子细胞（No_ADS）的2.6倍。表明病毒吸附增加了精子细胞和病毒之间的物理联系。
03 暴露于SARS-CoV-2的血清阴性参与者获得的精子TEM显示与精子相关的病毒样颗粒
此外，与病毒对照相比，ADS中的病毒RNA滴度为4.0倍，No_ADS中的病毒RNA滴度为2.4倍，这证实了从特异性结合病毒衍生的精子细胞中获得的数字液滴PCR（ddPCR）信号不同于残留的病毒接种物。从暴露于SARS-CoV-2的血清阴性参与者获得的精子TEM显示与精子相关的病毒样颗粒。此外，一些受感染的细胞在整个细胞中都有细胞病理学变异。具体而言，在受感染的细胞中检测到存在于细胞质中的类似于双膜囊泡（DMV）的囊泡。
综上，研究结果表明，人类精子在体内和体外都很容易被SARS-CoV-2感染，而存在介导SARS-CoV-2与男性生殖道内宿主细胞之间相互作用的分子的特定定位。研究人员认为，本研究可能具有转化重要性，并有助于开发针对通过精子传播COVID-19感染的治疗和预防方法。
撰文|乔维钧
排版|木子久
参考资料：
[1]Luddi, A., Luongo, F.P., Dragoni, F., et al. Cellular and Molecular Mechanisms of In Vivo and In Vitro SARS-CoV-2 Infection: A Lesson from Human Sperm. Cells 2022, 11, 2631. https://doi.org/10.3390/cells11172631
