公豬精子是一種易興奮性細胞。藉著TMMR方法可測定精子活力，在無鈣KRB 溶液中，
咖啡因能提高精子運動活力。公豬精子活力在１mM及５mM咖啡因濃度作用下，可分別
提高至對照組的１５０±１０％及１６２±９％。在培養液中加入毫莫耳濃度（mM）
範圍的鈣離子，公豬精子運動活力受咖啡因刺激的程度可因之增強。然而，鈣攝取管
道（Ca2+channel ）阻斷劑可抑制此種鈣離子所引起之效應。因此，咖啡因對公豬精
子運動活力之效應可歸功於公豬精子細胞內環腺嘌呤核單磷酸量之增高，且此等效
應依賴培養液中外加之鈣離子。
利用氧偵測儀（Oxygen monitor）測定，公豬精子懸浮在不含鈣離子的KRB 溶液中之
耗氧速率，我們發現咖啡因及二丁基環腺嘌呤核單磷酸可增高以丙酮酸為呼吸基質
之公豬精子粒線體呼吸速率。當外加鈣離子至培養液時，由咖啡因誘增之公豬精子呼
吸速率進一步增高。相同地，鈣離子管道阻斷劑，例如鑭離子，diltiazem 及釕紅，
可阻斷鈣離子對咖啡因誘增之呼吸速率的增強效應。考慮這些數據，我們認為環腺嘌
呤核單磷酸及鈣離子有可能在咖啡因刺激公豬精子運動活力及呼吸速率上，扮演相
當重要的角色。
我們提出下列假說以解釋上述之實驗結果：咖啡因透過鈣離子和環腺嘌呤核單磷酸
此兩種次級訊息者（Second messenger）對公豬精子產生刺激作用。咖啡因刺激後，
精細胞內環腺嘌呤核單磷酸含量增加。某種蛋白質激活化昇高以發動一些細胞功
能。同時，細胞膜上鈣管道被打開，鈣離子湧入細胞內。鈣離子進入精細胞後，透過
某種途徑活化粒線體內膜之鈣離子單向運送系統（Ca2+uniporter ），並流經此一蛋
白進入粒線體內。由於粒線體對鈣離子相當敏感，其內膜上之呼吸鏈酵素可被鈣離子
活化，而使精子細胞之呼吸速率隨之昇高。此一過程和氧化磷酸化反應緊密偶合而導
致腺嘌呤核三磷酸產量昇高。此等有效合成之腺嘌呤核三磷酸經由磷酸肌酸捷運
系統（Phosphocreatine Shuttle system）一直傳至尾部。因此，精子鞭毛擺動更劇
烈，使得我們能觀察精子運動活力及耗氧量同時上升。
為了證實言個假說，我們以放射性同位素鈣（45Ｃａ2+）為追蹤劑（tracer），以測
試咖啡因是否可提高精子細胞對鈣離子之攝取。有趣的是，我們發現在含１毫莫耳濃
度鈣離子之KRB 溶液中，咖啡因刺激精細胞鈣攝取是隨咖啡因刺激時間增長及所用咖
啡因濃度增高而增加。同樣地，咖啡因所刺激增高的放射性同位素鈣（45Ｃａ2+）攝
取量可被鑭離子及釕紅所抑制。由於鑭離子是細胞膜鈣管道阻斷劑，而釕紅是粒線體
內膜鈣單向運送系統（Ca2+uniporter ）阻斷劑，我們可以下結論：鈣離子經細胞膜
的鈣攝取管道及粒線體內膜之鈣單向運送系統而進入粒線體。湧入的這些鈣離子可促
使咖啡因發動之訊息進入精細胞，提高其運動活力及呼吸率。
另一方面，藉著測量環腺嘌呤核單磷酸，我們發現咖啡因刺激精細胞內環腺嘌呤核
單磷酸含量的增加是隨著咖啡因濃度升高而升高。
綜合言之，精子細胞之運動活力及呼吸作用可被咖啡因同時刺激。而且，此種刺激是
依賴精子細胞周圍環境之鈣離子。這些發現及前述觀察列二丁基環腺嘌呤核單磷酸
也可同時刺激精子呼吸及運動活力之現象，以及咖啡因可提高精子細胞內環環腺嘌呤
核單磷酸含量之事實，暗示著咖啡因對精子呼吸作用及運動活力之刺激可能牽涉到
精子細胞內環腺嘌呤核單磷酸含量及鈣攝取同時增多。
|