活性氧與男性不育相關(guān)研究進(jìn)展

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【摘要】在生殖系統(tǒng)內(nèi)，活性氧主要由精子自身和精液中的白細(xì)胞產(chǎn)生，活性氧在低濃度時(shí)可以調(diào)節(jié)正常精子功能，而過量活性氧會(huì)引起氧化應(yīng)激反應(yīng)，影響精子膜功能、精子運(yùn)動(dòng)能力和DNA完整性，是男性不育的重要原因。因此，如何清除過量活性氧、進(jìn)行抗氧化治療是男性不育研究的重要課題。

【關(guān)鍵詞】活性氧；氧化應(yīng)激；精子；男性不育

據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測(cè)，在21世紀(jì)，不孕癥將成為僅次于腫瘤和心腦血管病的第三大疾病。而男性不育的病因、發(fā)病機(jī)制、治療的研究將成為男性科學(xué)中的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。有報(bào)道25%~40% 的不育男性的精液可檢測(cè)到高水平的活性氧。生理狀態(tài)下，生殖系統(tǒng)內(nèi)適量的活性氧有利于維持精子細(xì)胞的正常功能。而活性氧一旦過量則可引起氧化應(yīng)激，損傷機(jī)體的氧化防御系統(tǒng)，導(dǎo)致精子膜、精子線粒體、精子核內(nèi)DNA受損，使精子運(yùn)動(dòng)功能改變，是造成男性不育的重要病因之一。如何清除過量活性氧成為男性不育治療的一個(gè)重要研究課題。現(xiàn)就活性氧與男性不育的相關(guān)研究進(jìn)展予以綜述。

1 活性氧對(duì)精子的生理作用

所謂的活性氧是指機(jī)體內(nèi)或者自然環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)活潑、氧化能力很強(qiáng)的一類含氧物質(zhì)，是機(jī)體組織正常的有氧代謝產(chǎn)物，主要包括H₂O₂、O₂^-、·OH等。1989年Aitken首先提出適量活性氧在生理狀態(tài)下干預(yù)調(diào)節(jié)精子功能 。大量研究也證明，適當(dāng)?shù)幕钚匝鯇?duì)精子獲得受精能力是必需的。如O₂^-、H₂O₂與精子高活躍性運(yùn)動(dòng)、獲能以及頂體反應(yīng)有關(guān)，活性氧引起的脂質(zhì)過氧化作用促進(jìn)透明帶結(jié)合，影響精子蛋白酪氨酸磷酸化-去磷酸化作用。精子蛋白酪氨酸磷酸化參與精子發(fā)生、精子活動(dòng)力、精子獲能及頂體反應(yīng)等活動(dòng)的調(diào)節(jié)，與男性生殖能力有著密切聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，在人精子獲能過程中阻斷活性氧的生成，精子無法獲能。

2 活性氧的產(chǎn)生及導(dǎo)致其產(chǎn)生過多的因素

2.1 活性氧的產(chǎn)生 生殖系統(tǒng)和精液中影響精子活力的活性氧，一般是由精子自身及射出體外精液中的白細(xì)胞產(chǎn)生的，其中，后者是活性氧的主要來源。

2.1.1 來自精子的活性氧 精子中的活性氧通過兩種途徑產(chǎn)生：一種途徑是通過精子線粒體呼吸鏈的一系列氧化反應(yīng)產(chǎn)生。由于精子細(xì)胞富含線粒體，因此精子活性氧的產(chǎn)生在線粒體系統(tǒng)相當(dāng)活躍，是不育男性精液活性氧的主要來源。另一種途徑是存在于精子膜上的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶與其底物反應(yīng)生成活性氧。人類精子中產(chǎn)生的活性氧主要為O₂^-，通過歧化反應(yīng)可產(chǎn)生H₂O₂，從而影響精子功能。

2.1.2 來自白細(xì)胞的活性氧 白細(xì)胞存在于整個(gè)男性生殖道，在每份精液中均可檢出。1995年Shek.arriz等報(bào)道過氧化物酶陽(yáng)性白細(xì)胞是精液中活性氧的主要來源，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)胞過氧化物酶染色陽(yáng)性是精液中產(chǎn)生過量活性氧的一個(gè)準(zhǔn)確指征，這些細(xì)胞包括多形核白細(xì)胞和吞噬細(xì)胞，主要來源于前列腺和精囊，是精液高水平活性氧的主要來源。Saleh等的研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室診斷為白細(xì)胞精子癥的不育男性的精子懸液中的活性氧水平明顯高于無白細(xì)胞精子癥的不育男性。激活的白細(xì)胞能激活還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶，產(chǎn)生的活性氧的量是未激活白細(xì)胞的100倍。Henkel等報(bào)道，白細(xì)胞與外在活性氧產(chǎn)生有正相關(guān)性，但與內(nèi)在活性氧產(chǎn)生關(guān)系較小。

2.2 導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生過多的因素

2.2.1 吸煙 研究表明吸煙與精子DNA損傷有關(guān)，其導(dǎo)致精子DNA損傷的原因可能是增加了精液中白細(xì)胞產(chǎn)生的活性氧。但是，吸煙與精子數(shù)量、活力下降和形態(tài)異常的關(guān)系尚不十分明確 。

2.2.2 生殖道感染 生殖道感染和非特異性炎癥增加了精子DNA損傷，其原因可能為生殖道感染和非特異性炎癥導(dǎo)致精液中白細(xì)胞數(shù)量的增加。如前列腺炎和附屬性腺感染均會(huì)導(dǎo)致活性氧的增加并損傷精子。另外，淋球菌感染也可通過引起白細(xì)胞精子癥而導(dǎo)致活性氧含量明顯增加。

2.2.3 精索靜脈曲張 在精索靜脈曲張患者中，精子DNA的損傷程度遠(yuǎn)高于正常人群，且精子DNA的損傷程度與精漿中活性氧的濃度呈正相關(guān)。研究表明在精索靜脈曲張結(jié)扎后，精子DNA的完整性能夠得到顯著提高 。

2.2.4 環(huán)境污染物 研究表明在環(huán)境水平下，尿鄰苯二甲酸鹽類及其氧化代謝產(chǎn)物均與精子DNA損傷有顯著相關(guān)性。環(huán)境污染物和射線可產(chǎn)生一些活性氧，如H₂O₂、O₂^-、·OH。意大利學(xué)者通過一項(xiàng)對(duì)高速公路收費(fèi)站工人精子質(zhì)量的研究發(fā)現(xiàn)，交通污染物(如鉛和一氧化氮)能顯著降低精子質(zhì)量，其造成對(duì)精子的損傷可導(dǎo)致男性不育。

2.2.5 激素 雌激素可能是通過產(chǎn)生過氧化氫損傷精子，不適當(dāng)?shù)乇┞队诖萍に丨h(huán)境下可以導(dǎo)致自由基介導(dǎo)的損害。

2.2.6 精液的常規(guī)處理 離心洗滌精子是精液處理的常規(guī)步驟之一，但如果體外處理時(shí)間過長(zhǎng)，離心步驟過多，離心速度過快，可造成精子的物理?yè)p傷，并形成過氧化物或其他氧殘留物，導(dǎo)致活性氧的大量產(chǎn)生，增加DNA損傷概率。隨著人類輔助生殖技術(shù)的進(jìn)展，精液冷凍技術(shù)應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，許多學(xué)者注意到精子冷凍保存時(shí)，逐漸降低溫度會(huì)顯著提高活性氧水平。Wang等研究傳統(tǒng)的慢速冷凍對(duì)精液活性氧水平的影響，發(fā)現(xiàn)溫度降至4℃時(shí)，產(chǎn)生的活性氧量最多。有研究發(fā)現(xiàn)精液優(yōu)選后再冷凍保存，在保持良好線粒體膜電位同時(shí)，可減少活性氧生成。

3 活性氧對(duì)精子的毒性作用

正常情況下，精液射出體外后精漿中富含的以及生殖系統(tǒng)(如附睪)和精子自身具有的抗氧化物和抗氧化酶的存在，使活性氧的產(chǎn)生和清除處于一種平衡狀態(tài)。而男性生殖道過量活性氧的產(chǎn)生，會(huì)引起一種氧化應(yīng)激狀態(tài)，導(dǎo)致精子膜、線粒體以及核DNA損傷，精子運(yùn)動(dòng)能力減弱甚至喪失等。另外，精子缺乏胞質(zhì)抗氧化酶系統(tǒng)，不能對(duì)過量活性氧造成的損傷進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)，是精子對(duì)氧化攻擊具有獨(dú)特的易感性的原因之一。

3.1 精子膜過氧化損傷 精子膜是精子最外層的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與生理的完整性對(duì)精子運(yùn)動(dòng)、生化代謝和維持存活是非常重要的。人類精子含有高濃度的不飽和脂肪酸、豐富的線粒體和極少的細(xì)胞質(zhì)，故其極易受活性氧的攻擊。活性氧通過引發(fā)精子膜上的多聚不飽和脂肪酸的過氧化反應(yīng)產(chǎn)生大量脂類過氧化物，特別是醛式產(chǎn)物(如丙二醛)對(duì)細(xì)胞具有毒性作用，使精子膜的流動(dòng)性、完整性遭到不同程度的破壞，膜通透l生增加，失去對(duì)參與精子運(yùn)動(dòng)調(diào)控的有關(guān)胞內(nèi)離子濃度的調(diào)節(jié)能力，導(dǎo)致精子運(yùn)動(dòng)能力下降甚至喪失，質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的破壞還可導(dǎo)致精子缺陷數(shù)增高，損及精子獲能和干預(yù)頂體反應(yīng)的發(fā)生，從而影響精子受精能力。

3.2 精子DNA的損傷 大量研究已證實(shí)，過量活性氧造成的氧化應(yīng)激，不僅會(huì)導(dǎo)致精子膜損傷，影響精子功能，還會(huì)損傷精子核DNA的完整性。生殖系統(tǒng)內(nèi)有兩個(gè)因素保護(hù)精子DNA免遭氧化攻擊：精子DNA的特征性緊密包裝以及精漿中存在的抗氧化物。研究證明將精子暴露于人工產(chǎn)生的活性氧中能引起DNA損傷，這種損傷包括堿基被修飾，產(chǎn)生無堿基位點(diǎn)、缺失、移碼、DNA交聯(lián)以及染色體重排。活性氧也可引起高頻率的單股和雙股DNA斷裂，不育男性精液的高水平活性氧往往伴隨超出正常數(shù)量的精子DNA斷裂片段的存在。精子在體外與活性氧共同孵育，可顯著增加DNA斷裂片段，抗氧化劑預(yù)保護(hù)可降低對(duì)DNA的損傷。也有證據(jù)顯示，在不育男性的精子中通常觀察到的DNA斷裂片段是由高水平的活性氧介導(dǎo)的。Trisini等運(yùn)用彗星實(shí)驗(yàn)檢測(cè)精子DNA，發(fā)現(xiàn)具有高水平DNA斷裂片段的精子密度及運(yùn)動(dòng)能力均下降。還有研究證明過量活性氧誘發(fā)的DNA損傷會(huì)加速生殖細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致男性不育相關(guān)的精液質(zhì)量明顯下降。另外，過量活性氧誘發(fā)精子DNA損傷后，會(huì)導(dǎo)致一系列的不良后果，如受精率減低、破壞植入前的胚胎發(fā)育、增加流產(chǎn)率、增加后代的發(fā)病率等。Cocuzza等研究認(rèn)為，在自然妊娠中，精子DNA的完整性是獲得成功妊娠的先決條件，由此可見，精子DNA的完整性在生殖方面的重要作用，而目前對(duì)活性氧引起精子DNA損傷更加確切的機(jī)制尚不很明確，需進(jìn)一步研究。

3.3 精子線粒體損傷 氧化應(yīng)激在早期過程中可導(dǎo)致精子線粒體膜電位下降。線粒體是細(xì)胞內(nèi)主要的供能器官，在生殖系統(tǒng)內(nèi)是精子運(yùn)動(dòng)的能量源泉，它參與精子的發(fā)生、獲能、精子的游動(dòng)和受精等過程。線粒體對(duì)各種損傷因子極為敏感，其結(jié)構(gòu)與功能的改變，必然影響到精子的運(yùn)動(dòng)能力。目前認(rèn)為，活性氧對(duì)精子線粒體損傷主要包括以下幾個(gè)方面：①引起精子線粒體脫落，數(shù)量減少，導(dǎo)致能量合成相應(yīng)降低；②造成精子線粒體膜脂質(zhì)過氧化損傷，影響線粒體膜上載有的呼吸鏈和產(chǎn)生腺苷三磷酸酶系發(fā)揮正常功能；③改變線粒體內(nèi)與腺苷三磷酸生成有關(guān)的酶活性，影響能量產(chǎn)生；④造成精子線粒體DNA氧化損傷，破壞線粒體呼吸功能所必需的DNA編碼蛋白的合成；⑤誘導(dǎo)線粒體內(nèi)Ca²⁺釋放，減小線粒體膜電位，增加內(nèi)膜通透性，進(jìn)而導(dǎo)致膜損傷，抑制腺苷三磷酸合成。也有研究者提到線粒體基因突變與男性不育的相關(guān)性，但突變是否由活性氧所致，有待進(jìn)一步研究。

4 活性氧的清除

生殖系統(tǒng)具有多種保護(hù)對(duì)抗活性氧損傷作用的抗氧化物和抗氧化酶類。男子附睪是促使精子形成、給予精子營(yíng)養(yǎng)、提供精子最佳貯存條件的部位，也是保護(hù)精子不受氧化損傷的場(chǎng)所。精子胞質(zhì)本身僅含有少量抗氧化酶，精漿具有的氧化防御機(jī)制可作為有力補(bǔ)充來保護(hù)精子。在精液中，保護(hù)精子免遭活性氧損傷的抗氧化物主要為維生素E、維生素C、谷胱甘肽、牛磺酸、尿酸等小分子物質(zhì)。其中維生素C存在于細(xì)胞外液中，抑制羥氫氧基、過氧化物和過氧化氫自由基的產(chǎn)生，防止精子凝集，且有助于維生素E重復(fù)利用。不育男性精漿中維生素C含量減少，維生素E在細(xì)胞膜上發(fā)揮作用，它抑制H₂O₂，保護(hù)精子膜免受脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的攻擊。研究表明，培養(yǎng)液中添加維生素E和HAM’S F-10對(duì)活性氧介導(dǎo)的損傷具有保護(hù)作用。抗氧化酶類主要為過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽氧化物酶等。研究顯示，20例不育男性肌內(nèi)注射600 mg的谷胱甘肽2個(gè)月，可顯著提高精子活力，特別是前向運(yùn)動(dòng)能力。一項(xiàng)對(duì)32例不育男性的精液的研究發(fā)現(xiàn)泛癸利酮能抑制精液和精漿中H₂O₂的形成。硒是谷胱甘肽過氧化物酶復(fù)合體的必要組成部分，它也協(xié)同維生素E發(fā)生作用。Keskes-Ammar等的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，口服3個(gè)月225 mg/d的硒和400 mg/d的維生素E，能顯著降低精漿中丙二醛濃度和提高精子活力。但此結(jié)論還有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

目前雖然通過體內(nèi)、體外實(shí)驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)許多可清除生殖系統(tǒng)中活性氧的抗氧化物，并且部分已開始應(yīng)用于臨床并取得了一定療效，但是仍需要加大研究力度，不斷地發(fā)現(xiàn)一些新的抗氧化物及抗氧化物酶，從而更好地針對(duì)由活性氧過量引起的男性不育進(jìn)行更有效的綜合治療。

近來研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)氧磷酶1(paranoxonase-1，PON-1)可阻止低密度脂蛋白氧化，其活性與脂質(zhì)的過氧化發(fā)生有密切關(guān)系，因而越來越受到醫(yī)學(xué)界關(guān)注，成為臨床研究的熱點(diǎn)之一。PON-1具有非常廣泛的生物學(xué)作用：①催化磷酸酯鍵水解，降解有機(jī)磷酸酯、芳香羧酸酯和氨基甲酸酯等，對(duì)有機(jī)磷酸酯毒性起到一定的防護(hù)作用；②保護(hù)低密度脂蛋白免受氧化修飾，降低體內(nèi)氧化修飾型低密度脂蛋白水平；③可以破壞和減少低密度脂蛋白在氧化修飾過程中產(chǎn)生的具有細(xì)胞毒作用的溶血磷脂和氧化型磷脂，使之變成對(duì)人體無害的物質(zhì)；④作為高密度脂蛋白的組成成分，不僅具有螫合過渡金屬離子、中斷脂質(zhì)氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的作用，還具有攝取、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)防止或減少脂質(zhì)氧化產(chǎn)物聚集及酶解清除氧化產(chǎn)物的作用。目前研究證實(shí)，PON-1活性改變與許多疾病的發(fā)生有關(guān)，如PON-1活性在腦梗死、肝臟疾病及家族性高膽固醇血癥和II型糖尿病患者顯著降低。Verit等研究發(fā)現(xiàn)，精漿中PON-1活性與精子數(shù)量、精子活動(dòng)性和精子形態(tài)學(xué)改變高度相關(guān)，PON-1活性降低是導(dǎo)致男性不育的危險(xiǎn)因素。國(guó)內(nèi)關(guān)于PON-1活性與男性不育方面的研究尚未見報(bào)道。作為一種脂質(zhì)抗氧化酶，PON-1對(duì)不育男性精液中高水平的活性氧是否具有清除作用，與活性氧造成精子損傷的其他指標(biāo)是否具有相關(guān)性，能否作為一種新的抗氧化劑治療男性不育，這些都值得進(jìn)一步研究探討。

5 結(jié)語(yǔ)

生殖系統(tǒng)內(nèi)適量活性氧是精子獲能和頂體反應(yīng)所必需的，過量則使精子膜、線粒體、及核DNA完整性受損，使精子運(yùn)動(dòng)功能減退進(jìn)而導(dǎo)致男性不育，這些已為臨床所證實(shí)。但如何清除活性氧并進(jìn)行有效抗氧化治療還是有待解決的問題。研究發(fā)現(xiàn)，高劑量的某些抗氧化劑可能具有胚胎毒性和致畸作用，且單用一種抗氧化物療效并非最佳，多種抗氧化物協(xié)同作用常常具有較好的效果，如脂溶性和水溶性抗氧化物聯(lián)合治療。因此，選擇清除活性氧的抗氧化物，建立有效清除活性氧的方法，對(duì)治療活性氧引起的男性不育癥具有重要意義。

（郝興霞，楊敬英，龔道元，活性氧與男性不育相關(guān)研究進(jìn)展[J]醫(yī)學(xué)綜述2011年9月第17卷第18期：2726-2728)

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