“下半身”或许真的可以思考？研究表明：睾丸竟是最像大脑的器官，基因高度相似，共享13,442种蛋白质

生物谷  2024年09月11日  发布


人体是一个精密的大工厂，大到系统器官，小到组织细胞，各部门通力合作，员工们各司其职，共同维护整个工厂的稳定运作。

大脑作为工厂中的领导层，是神经系统的总控中心，发挥着重要的协调作用。而雄性性腺睾丸则是工厂的人力资源部，其主要功能有二：产生精子和合成分泌激素（以睾酮为主）。



无论从形态、结构、功能来说，大脑和睾丸都大相径庭。但越来越多的研究推翻了人们的常识，发现人脑和睾丸不仅存在着紧密联系，竟还有很多相似处。



早在2003年，我国学者便通过计算机分析发现，在人体的17个组织中，人脑和睾丸之间的基因表达模式相似性最高。这意味着，或许男性睾丸在人类物种形成中发挥着重要作用。



在这个有趣而惊人的发现后，更多学者开始探究大脑和睾丸的关联。来自英国伦敦国王学院的Rosalind Arden等学者也曾发现，智力和精液质量有很强的正相关性。结果显示，男性智力与对数精子浓度(r=0.15,p=0.002)、对数精子数(r=0.19,p<0.001)和精子活力(r=0.14,p=0.002)存在显著正相关性。



“为什么人脑和睾丸有相似的基因表达谱？是否意味着它们有着相似的细胞构成？那它们的功能有可能相关吗？两者的相似性有什么含义呢？”一连串的疑问引起了葡萄牙学者Barbara Matos等人的兴趣。



Matos等人使用人类蛋白图谱数据库（Human ProteinAtlas, HPA）和Jveen工具分析发现，睾丸与大脑除了上述所说的共性联系之外，两者还有着相似的蛋白质组学特征，在众多人体组织中，睾丸与大脑共享最多的常见蛋白质数量。不仅如此，细胞层面而言，神经元和精子看上去是完全不同的细胞，然而它们却有着共同的分子特征。该研究发布在Royal Society Open Biology上。



受到“人脑和睾丸有着相似基因表达模式”的启发，本研究中研究学者对比了大脑和睾丸以及人体内富有代表性的其他31种组织的蛋白质组，包括卵巢、胎盘、肾脏、心脏等等。



结果发现：在构成人脑的14,315种蛋白质和构成睾丸的15,687种蛋白质中，有13,442种是两者共有的。也就是说，在所有受调查的组织中大脑和睾丸间观察到相似的蛋白质数量最多，表明两者是人体最相似的组织。在13442种常见蛋白质中，研究学者确定了29种高表达蛋白，其中有31%参与大脑功能发育，7%和睾丸发育相关。




抛开组织层面，学者还发现细胞层面的人脑神经元和睾丸产生的精子间的蛋白质组也十分类似。排除了冗余后，在构成神经元蛋白质组的13,193种蛋白和构成精子蛋白质组的6,653种蛋白中，有5,048种蛋白质产生重叠，682种高表达。



在这些共享的蛋白质中，有几种蛋白和组织发育、细胞通信有着高度相关性，证实了神经元和精子在人类组织发育中都发挥着重要的作用，且共享着某些重要的信号通路。




此外，学者还发现不止是基因组、蛋白质相似，人脑和睾丸还存在其他相似之处，包括：细胞构成类似，都由功能性细胞+支持细胞组成；均有激活作用，并通过“胞吐”实现核心功能；由于认知功能和生精作用为高能耗行为，所以人脑和睾丸都属于高能量需求组织......可见，人脑和睾丸真存在某种“神秘联系”。



那么，人脑和睾丸这两个看似“风马牛不相及”的器官，为何会有着如此高度的相似性呢？



研究学者认为睾丸和大脑、胎盘共同参与人类物种形成过程，这也解释了为什么人脑和睾丸会共享基因组。



2011年，中国学者在人类谱系种发现60种编码蛋白质的基因，正是这些特异性基因将人类和黑猩猩区别开来。而本研究发现，这些特异性基因在人脑和睾丸中有着最高表达水平，证实两者在物种进化过程中的重要作用。





当然，本文章还留下很多未被解决的问题。比如，卵巢和大脑的相似性为何没有睾丸和大脑的相似性高呢？人体内是否还会存在其他两个更接近的器官组织呢？除了物种进化论，还有其他证据可以解释两者的关联吗？



研究团队表示，“这是一个未曾被探讨过的话题，理清这些组织之间的联系将有助于理解影响大脑和睾丸功能的疾病。”因此，该研究也为大脑和睾丸相关疾病的治疗提供了新思路，毕竟如此高的蛋白相关性很容易出现“一损俱损”的现象。



真是没想到，和大脑最接近的器官竟然是睾丸！不由得让人发问，这难道是“男人果真是靠下半身思考的动物”的科学证据？



当然不是！基因组、蛋白质组的相似并不会影响功能的接近，也就是说睾丸永远也无法产生认知功能（它们无法思考）！

不过，重要的是，本研究的结果为我们提供了一个全新的视角，去探索那些隐藏在人体深处的秘密，或许未来对于大脑和睾丸相关疾病的治疗方案将不再孤立，而是能够相互借鉴，共同进步！

小头控制大头。

参考文献：

[1] Guo J, Zhu P, Wu C, Yu L, Zhao S, Gu X. In silico analysis indicates a similar gene expression pattern between human brain and testis. Cytogenet Genome Res. 2003;103(1-2):58-62. doi: 10.1159/000076290. PMID: 15004465.

[2] Rosalind Arden, Linda S. Gottfredson, Geoffrey Miller, Arand Pierce, Intelligence and semen quality are positively correlated, Intelligence, Volume 37, Issue 3, 2009, Pages 277-282, ISSN 0160-2896,[url]10.1016/intell.2008.11.001.[/url]

[3] Wilda M, Bächner D, Zechner U, Kehrer-Sawatzki H, Vogel W, Hameister H. Do the constraints of human speciation cause expression of the same set of genes in brain, testis, and placenta? Cytogenet Cell Genet. 2000;91(1-4):300-2. doi: 10.1159/000056861. PMID: 11173873.

[4] Matos B, Publicover SJ, Castro LFC, Esteves PJ, Fardilha M. Brain and testis: more alike than previously thought? Open Biol. 2021 Jun;11(6):200322. doi: 10.1098/rsob.200322. Epub 2021 Jun 2. PMID: 34062096; PMCID: PMC8169208.

[5] Wu DD, Irwin DM, Zhang YP. De novo origin of human protein-coding genes. PLoS Genet. 2011 Nov;7(11):e1002379. doi: 10.1371/journal.pgen.1002379. Epub 2011 Nov 10. PMID: 22102831; PMCID: PMC3213175.



撰文 | Swagpp
编辑 | Swagpp
来源 | 梅斯医学