高溫導致男性不育的原因：短暫受熱誘發精子DNA損傷

　　眾所周知，人類的正常體溫大約是37℃，而產生精子的最佳溫度則低于人體正常體溫，在32℃-35℃之間，研究表明，暴露在這一溫度范圍以上僅僅1℃，就會對男性的生育能力產生不利影響。

　　熱激誘導男性不育的現象已經得到了廣泛研究和認可，例如，熱水泡浴、穿著過于緊身的褲子，以及長時間駕駛，都會導致局部過熱，從而影響男性生育功能。然而，其背后的具體機制尚不完全清楚。

　　美國俄勒岡大學的研究人員在 Cell 子刊 Current Biology 雜志發表了題為：Elevated Temperatures Cause Transposon-Associated DNA Damage in C. elegans Spermatocytes 的研究論文。

　　這項研究表明，精子對高溫的耐受性較差，短時間的熱激處理，就會導致原本被抑制的轉座子重新活躍，從而導致過度的DNA損傷和基因組改變，最終損害生育能力。

　　精子發育過程中對溫度升高非常敏感，而卵子的發育則不受影響，精子是人體內最小的細胞，產生精子的睪丸位于人體外部，在低于人體體溫下產生，并貫穿整個成年人的壽命。而卵子則是人體內最大的細胞，是在人體內部形成，因此能維持恒定溫度，并且僅在有限的時間內產生。

　　轉座子（Transposons），也叫跳躍基因，它們是一段可以從原位上單獨復制或斷裂下來，環化后插入另一位點，并對其后的基因起調控作用的DNA序列。

　　人類染色體上的轉座子一般處于沉睡狀態，一旦被喚醒，既能夠改變遺傳物質，也會留下DNA損傷。

　　這些“轉座子”的在發育中的精子和卵子中同樣受到抑制，但是，這項研究發現，發育中的精子受到熱激，其中的“轉座子”則會被“喚醒”，開始活躍起來。

　　在人類和模式動物秀麗隱桿線蟲中，小幅的溫度升高足以降低雄性的生育能力。因此，研究團隊使用了秀麗隱桿線蟲作為模式動物進行研究。

　　研究團隊將線蟲短暫暴露于升高2℃的環境中進行2小時的短暫熱激處理，通過顯微觀察在正常和熱激條件下發育的精子和卵子。

　　結果表明，僅僅短時間增加了2℃，秀麗隱桿線蟲精原細胞在減數分裂前期和I期中的雙鏈DNA斷裂（DSB）最多增加了25倍，而且，這些精子的受精卵未能產生后代。

　　研究團隊還發現，這些雙鏈DNA斷裂（DSB）與細胞內的核酸內切酶無關。

　　進一步地，研究團隊使用高通量基因組測序，確定了在正常條件下和熱激條件下，“跳躍基因”在整個基因組中所處的位置。結果發現，在熱激處理后，精子中一些新的位置出現了“跳躍基因”。在精母細胞減數分裂形成精子的過程中，熱激誘導的雙鏈DNA斷裂（DSB）的產生與 Tc1 轉座子有關。

　　研究還發現，卵子形成過程中，熱激處理不會導致雙鏈DNA斷裂（DSB）或Tc1轉座子的跳躍增加。

　　綜上所述，這項研究表明，精子對高溫的耐受性較差，短時間的熱激處理，就會導致原本被抑制的轉座子重新活躍，從而導致過度的DNA損傷和基因組改變，最終損害生育能力。

　　在大多數生物中，雄性在一生中都能產生大量的精子，而雌性產生卵子的時間和數量則很有限。這種差異可能使得精子在較高的錯誤發生率時仍保持足夠的精子數量以滿足生育。

　　目前，全球變暖情況加劇，世界各地屢屢出現破紀錄的高溫天氣，這將導致許多動物面臨不育甚至物種滅絕的風險，也將最終影響人類。了解溫度對精子產生的影響及其背后的機制，有助于了解生物體的繁殖能力和種群變化，以及它們為何隨氣候變化而變化。

　　這是一篇標志性的論文，該研究顯示出環境效應可以改變特定DNA序列以及可能控制其活性的蛋白質，這項工作清楚地在分子水平上說明了生成精子過程中受熱到底會發生哪些改變。

　　更重要的是，這項研究為科學家在哺乳動物和人類中研究是否相同的機制導致了熱激誘導男性不育指明了方向。