盡管人類大腦和睪丸之間存在明顯不同的功能以及明顯的結(jié)構(gòu)和形態(tài)差異，但在過去的40年中，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)這些組織分享著共同的多種特征。早年間，就有對基因表達(dá)的分析證實了這種相似性，有證據(jù)表明（下圖一、二），在人體所有器官中，人腦和睪丸共享的基因數(shù)量最多。而2008年的一項研究（圖三），更是發(fā)現(xiàn)智力與精液質(zhì)量的 3 個關(guān)鍵指標(biāo)：精子濃度、精子數(shù)量和精子活力之間存在顯著的正相關(guān)。
研究團(tuán)隊為此提出了幾個有趣的問題：(i) 為什么人腦和睪丸有相似的基因表達(dá)譜？(ii) 這些組織是否具有相似的細(xì)胞組織和細(xì)胞類型之間的合作？(iii) 它們的功能是否相關(guān)？(iv) 人腦和睪丸之間的相似性有什么含義？
研究團(tuán)隊圍繞這些問題，回顧了人類大腦和睪丸之間，以及人類神經(jīng)元和精子在細(xì)胞和分子水平上的相似之處。還比較并批判性地討論了兩種人體組織（大腦和睪丸）和兩種類型的細(xì)胞（神經(jīng)元和精子）的蛋白質(zhì)組學(xué)特征。
在這次的研究中，研究團(tuán)隊使用人類蛋白質(zhì)圖譜 （HPA），將大腦和睪丸蛋白質(zhì)組與代表人體所有組織（心臟、骨骼肌、腎上腺、甲狀旁腺、甲狀腺、肺、胃腸道、唾液腺、食道、胃、十二指腸、小腸、結(jié)腸、骨髓、淋巴結(jié)、脾、闌尾、胰腺、腎臟、肝臟、膽囊、附睪、精囊、前列腺、乳房、子宮頸、子宮內(nèi)膜、卵巢、胎盤、脂肪組織和皮膚）的 31 種其他組織的蛋白質(zhì)組進(jìn)行了比較。
P.S. 人類蛋白質(zhì)圖譜（Human Protein Atlas，HPA）計劃于2003年啟動，是由瑞典研究人員發(fā)起的大規(guī)模蛋白質(zhì)研究項目，主要目的是繪制人體組織和細(xì)胞中表達(dá)基因編碼的蛋白位置。相關(guān)網(wǎng)址：
https://www.proteinatlas.org/
研究團(tuán)隊表示，與上文提到的基因表達(dá)分析一致，在大腦和睪丸之間觀察到的相同蛋白質(zhì)數(shù)量最多，表明人腦和睪丸是人體最相似的組織。在構(gòu)成人腦蛋白質(zhì)組的14315種蛋白質(zhì)和構(gòu)成睪丸蛋白質(zhì)組的15687種蛋白質(zhì)中，13442種是兩種組織共享的。
維恩圖展示了人腦和睪丸蛋白質(zhì)組之間的重疊
該團(tuán)隊接下來專注于共享蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們中的大多數(shù)都參與了組織發(fā)育和細(xì)胞通訊。為此，研究人員解釋說，當(dāng)你考慮到這兩種組織在許多方面出乎意料地相似時，這些共享的蛋白質(zhì)是有意義的。例如，來自兩個器官的蛋白質(zhì)都需要消耗大量能量：一個用于處理日常思考問題，另一個用于每天產(chǎn)生數(shù)百萬個精子。
他們還指出，人類神經(jīng)元和精子似乎在胞吐過程中也有相似之處。
胞吐作用（Exocytosis）是指細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)通過小泡與細(xì)胞質(zhì)膜融合的過程，在融合蛋白的幫助下被釋放到細(xì)胞外基質(zhì)。
神經(jīng)元通過胞吐作用促進(jìn)神經(jīng)突生長并從突觸小泡釋放神經(jīng)遞質(zhì)，這對于神經(jīng)元之間的交流至關(guān)重要；而突觸小泡可比作精子的頂體，其本質(zhì)上含有多種水解酶，這些酶通過一種特殊形式的胞吐作用（頂體反應(yīng)）從精子中釋放出來，只有完成頂體反應(yīng)的精子才能與卵母細(xì)胞融合，實現(xiàn)受精。不過研究人員也強調(diào)，盡管神經(jīng)元和精子中的胞吐過程相似，但在精子中，這一事件僅發(fā)生一次，與神經(jīng)元的連續(xù)胞吐作用相反。
簡單來說，研究人員猜測，兩個如此不同的器官最終共享這么多共同點，是因為它們都受到物種形成過程的類似于趨同進(jìn)化的影響。事實上，睪丸早已被認(rèn)為是新基因出現(xiàn)的熱點，是物種進(jìn)化的原材料。
趨同是指兩種或兩種以上親緣關(guān)系甚遠(yuǎn)的生物，由于棲居于同一類型的環(huán)境之中，從而演化成具有相似的形態(tài)特征或構(gòu)造的現(xiàn)象。趨同進(jìn)化，即源自不同祖先的生物，由于相似的生活方式，整體或部分形態(tài)結(jié)構(gòu)向著同一方向改變。
例如，與大多數(shù)其他動物不同， 考拉的指紋與我們的指紋驚人地相似，這就是趨同進(jìn)化的一個很好的例子，或者不同物種彼此獨立地發(fā)展出相似的特征。
上層圖片：成年雄性考拉（左）和成年男性（右）的標(biāo)準(zhǔn)墨水指紋；
下層圖片：同一考拉（左）和同一個人（右）指尖的表皮的掃描電子顯微鏡圖像
以往的研究也顯示出，共享的蛋白質(zhì)可能與大腦和睪丸功能的同時受損有關(guān)。而識別這些蛋白質(zhì)，以及分析它們在大腦和/或睪丸功能中的作用，可以幫助更好地了解這些疾病的病理生理學(xué)，以及開發(fā)治療大腦或睪丸疾病的新治療策略。
