氟對精子毒性作用的研究進(jìn)展

牛瑞燕，孫子龍，安麗霞，張建海，王金明，王俊東

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030801）

近年來，有關(guān)氟的大量研究表明，氟對人類和畜禽等動物生殖系統(tǒng)及其功能產(chǎn)生較強(qiáng)的毒副作用[1]。氟可引起雄性動物睪丸和附睪在組織形態(tài)甚至細(xì)胞上發(fā)生明顯的改變，主要表現(xiàn)為精子數(shù)量減少、活性下降、畸形率上升、生育力下降等[2-3]。由于精子是精子發(fā)生的最后環(huán)節(jié)，成熟的精子起著貯藏由基因和環(huán)境因素共同決定的遺傳信息的作用，直接影響到下一代的健康，而各種生殖毒性因素最終也會影響精子的正常功能，所以本文將精子從生殖系統(tǒng)中單獨(dú)分離出來，著重介紹氟對精子的毒性作用。

1 氟對動物精子的毒性作用

Chinoy等[4]對小鼠管飼含10～20mg/（kg·d）的氟化鈉30 d，發(fā)現(xiàn)小鼠的生育力下降，且附睪尾精子缺乏活力，精子密度、活率下降，同時出現(xiàn)大量畸形精子。精子的頂體功能受損，頂體素和透明質(zhì)酸酶含量下降，活性降低，停止染毒30 d也沒能使小鼠的生殖能力恢復(fù)。Elbetieha等[5]報道小鼠飲用含有100，200，300 mg/L氟化鈉的水，10周后生育力明顯下降，而4周時無影響。氟引起小鼠精子發(fā)生異常，附睪精子體外獲能的能力降低，主要是因?yàn)榻档土司宇^部酪氨酸磷酸化和肌動蛋白的聚合作用，而這種聚合是精子獲能所必需的過程[6]。Sun等[7]報道，150mg/L氟化鈉通過影響Ca2+通道蛋白CatSper1mRNA的表達(dá)顯著降低了精子的超激活運(yùn)動能力。

在氟作用下，由于精子計(jì)數(shù)和活力下降，大鼠的生育力明顯降低，而且線粒體活性下降，膜的磷脂發(fā)生改變，精子的電解質(zhì)濃度顯著降低，附睪尾的精子懸液蛋白含量下降。此外，氟還可導(dǎo)致精子的頂體功能受損，頂體素和透明質(zhì)酸酶含量下降，附睪尾精子計(jì)數(shù)、活力下降，生育力受到影響。進(jìn)一步研究表明，氟還會引起氧化應(yīng)激，睪丸、附睪、精子中的共軛二烯烴含量增加，精子中過氧化物酶、過氧化氫酶活性明顯下降[3，8]。Kumar等[9]按體重10mg/kg的氟化鈉處理雄性家兔18個月，發(fā)現(xiàn)家兔的精細(xì)胞和附睪精子鞭毛、頂體、細(xì)胞核有大量缺損，包括外微管缺失、鞭毛軸絲完全缺失，纖維鞘破裂，鞭毛中段線粒體結(jié)構(gòu)缺損，同時觀察到頂體從細(xì)胞核的扁平表面分離和脫離。

2 氟對人類精子的毒性作用

Freni[10]在一項(xiàng)生態(tài)學(xué)研究中提出，在一些地區(qū)總生育力和氟含量呈負(fù)相關(guān)性。調(diào)查顯示，高氟地區(qū)男性不育癥患者的精液含氟量、精子自斃率、男性不育總率及原發(fā)性男性不育率均顯著高于非高氟區(qū)，精子密度則明顯降低。Zahrorohkor等[11]也發(fā)現(xiàn)，工業(yè)性氟病工人精子數(shù)量減少，精子活動力較同齡組健康人低。且氟中毒晚期臨床病例報道，在21名男性病人中，有11人有陽痿癥狀。印度學(xué)者對水氟為2.0～19.0mg/L地區(qū)的20～42周歲不育癥男子的精子進(jìn)行光鏡及電鏡觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，高氟區(qū)男子的異常精子百分?jǐn)?shù)顯著增加，在精子的頭部、中段、尾部均可見結(jié)構(gòu)方面的異常，即頂體發(fā)育不全、線粒體腫脹、嵴液消失等[12]。

Chinoy和Narayana[13]在體外研究了氟化鈉對人精子的毒性作用，發(fā)現(xiàn)孵育20min后由于氟化物的積聚逐漸增加，導(dǎo)致精子膜損傷，溶酶體活性降低，精子頭部拉長，頂體缺失，尾部成圈狀，谷胱甘肽含量呈時間依賴性降低。這些變化表明，氟化鈉可通過血睪屏障干擾精子正常的發(fā)育過程。

3 氟對精子的毒性機(jī)理

3.1 氟引起代謝障礙

氟是一種酶的抑制劑，尤其是對以二價金屬陽離子（Mg2+，Mn2+，Zn2+等）為輔基的酶類（如AKP，ATPase，DNA，RNA聚合酶，烯醇酶，脫氫酶）有明顯的抑制作用，這些酶類都涉及糖代謝、能量合成、鈣磷代謝、蛋白質(zhì)合成等。氟通過削弱這些酶的活性，抑制糖酵解，減弱呼吸作用，降低精子活力。氟可能與相關(guān)酶形成不溶性的復(fù)合物或與氫鍵形成的氨基化合物取代催化基團(tuán)的-N-H·O氫鍵而破壞酶的活性中心來起作用[14]。

Chinoy等[15]研究表明，染氟家兔精子的三磷酸腺苷酶（ATPase）、琥珀酸脫氫酶（SDH）和酸性磷酸酶（ACP）的活性下降。ATPase，SDH，ACP均是能量代謝的重要酶系，它們對精子的能量釋放反應(yīng)及氧化代謝方面均有著重要作用。

3.2 氟誘導(dǎo)生殖細(xì)胞染色體畸變和基因突變

氟對小鼠生殖細(xì)胞具有遺傳毒作用，使睪丸初級精母細(xì)胞染色體的畸變增加，精子的畸形率增加。其機(jī)制可能是氟作用于精子形成的某一過程中，遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，或是作用于成熟的精子，使其物理性狀發(fā)生改變所致[16]。

雖然具體機(jī)理目前尚不肯定，但有如下推測：（1）氟可能以間接的方式，在高劑量時通過擾亂酶系統(tǒng)，從而對染色體產(chǎn)生損傷；（2）氟化物作為一種外源性誘導(dǎo)物，引起復(fù)制DNA的斷裂，遺傳信息和結(jié)構(gòu)錯誤；（3）氟與尿嘧啶及酰胺有很強(qiáng)的親和力，強(qiáng)的NH···F···引起A-T堿基對之間氫鍵斷裂，造成DNA，RNA結(jié)構(gòu)改變，干擾它們的合成，增加DNA復(fù)制過程中堿基配對的錯誤頻率；（4）通過抑制DNA修復(fù)過程實(shí)現(xiàn)[17]。

3.3 氟誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷

氟在機(jī)體代謝過程中可誘導(dǎo)活性氧自由基的生成，自由基攻擊不飽和脂肪酸共價鍵處，造成脂質(zhì)過氧化。有關(guān)氧化應(yīng)激的損傷機(jī)理已經(jīng)在氟對動物軟組織（如肝、腎、腦和睪丸）的研究中得到證實(shí)[18]。一般認(rèn)為，氟通過促進(jìn)自由基產(chǎn)生，抑制抗氧化酶類活性，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng)是氟中毒引起機(jī)體損害的主要機(jī)理。有研究表明，高濃度的活性氧可導(dǎo)致精子ATP耗盡、活力喪失、脂質(zhì)過氧化，從而降低精子受精能力。Izquierdo-Vega等[19]給大鼠口服5mg/（kg·d）氟，持續(xù)8周，結(jié)果精子的SOD活性降低了33%，超氧自由基O升高了近40%，線粒體跨膜電位降低33%，過氧化物反應(yīng)產(chǎn)物丙二醛含量升高50%，與對照組相比，精子的體外受精能力分別為13%和71%。試驗(yàn)證實(shí)，由于氟致精子氧化應(yīng)激損傷和線粒體跨膜電位丟失，最終導(dǎo)致大鼠體外受精能力下降。

除了以上原因，氟還可以直接破壞各級生精細(xì)胞、支持細(xì)胞、睪丸間質(zhì)細(xì)胞及精子的結(jié)構(gòu)，而且正常的附睪結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定的微環(huán)境對精子的成熟及運(yùn)動狀況都是非常重要的，當(dāng)附睪內(nèi)環(huán)境發(fā)生逆改變時，將會導(dǎo)致精子的運(yùn)動能力減弱及代謝改變。

4 小結(jié)

氟能使生殖器官的結(jié)構(gòu)、超微結(jié)構(gòu)及代謝等均受到損傷，致使生精功能、精子生存的內(nèi)環(huán)境等發(fā)生改變，生殖內(nèi)分泌功能紊亂，性激素、相關(guān)酶類等活性改變，或作用于細(xì)胞染色體而使生殖細(xì)胞畸變。上述諸因素均能使生育力下降，最終導(dǎo)致不育。但氟對雄性精子的損害是多途徑的、復(fù)雜的過程，具體的機(jī)制還有待進(jìn)一步研究探討。有學(xué)者從脂質(zhì)過氧化的角度出發(fā)，研究了Vc和維生素E等抗氧化劑和鋅、硒等抗氧化酶類輔基對抗氟損害的效果，并取得了一定的成效。此外，還有報道表明，高營養(yǎng)對氟中毒有緩解作用[20]，至于能否減輕精子毒性還有待研究。

［1］ 王俊東.氟中毒研究[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2007.

［2］ Long H，Jin Y，Lin M，etal.Fluoride toxicity in themale reproductivesystem[J].Fluoride，2009，42（4）：260-272.

［3］ Spittle B.Halting the inertiaof indifference:fluorideand fertility revisited[J].Fluoride，2009，42（3）：159-161.

［4］ Chinoy N J，Sharma A.Reversal of fluoride-induced alteration in cauda epididymal spermatozoa and fertility impairment in malemice[J].Environ Sci，2000，7（1）：29-38.

［5］ Elbetieha A，Darmani H，Al-Hiyasat A S.Fertility effects of sodium fluoride in male mice[J].Fluoride，2000，33（3）：128-134.

［6］ Dvoráková-Hortová K，Sandera M，Jursová M，et al.The influence of fluorides on mouse sperm capacitation[J].Anim Reprod Sci，2008，108（1/2）：157-170.

［7］ Sun Z L，Wang B，Niu R Y，etal.Decreased sperm hyperactivation and low Catsper1 expression inmice exposed to fluoride[J].Fluoride，2009，42（3）：167-173.

［8］ 關(guān)麗萍，李術(shù).高氟對動物生殖功能影響的研究概況[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，39（2）：280-284.

［9］ Kumar A，Susheela A K.Ultrastructuralstudiesofspermiogenesis in rabbitexposed to chronic fluoride toxicity[J].Int JFertil MenopausalStud，1994，39（3）：164-171.

［10］ Freni SC.Exposure to high fluoride concentrations in drinkingwater isassociated with decreased birth rates[J].JToxicol Environ Health，1994，42（1）：109-121.

［11］ Zahvoronkov A A，Strochkova L S.Fluorosis:geographical pathology and some experimental findings[J].Fluoride，1981，14（4）：182-191.

［12］ 孫殿軍，王麗華.國際氟研究最新進(jìn)展[J].中國地方病學(xué)雜志，2002，21（5）：410-412.

［13］ Chinoy N J，NarayanaM V.In vitro toxicity in human spermatozoa[J].Reprod Toxicol，1994，8（2）：155-159.

［14］ Zakrzewska H，Udala J，Blaszczykb B.In vitro influence of sodium fluoride on ram semen quality and enzyme activities[J].Fluoride，2002，35（3）：153-160.

［15］ Chinoy N J，Sequeira E，Narayana M V.Effects of vitamin C and calcium on the reversibility of fluoride-induced alterations in spermatozoa of rabbits[J].Fluoride，1991，24（1）：29-39.

［16］ 郭英杰，張愛君.氟化物的致畸作用[J].中國地方病防治雜志，2001，16（6）：351-354.

［17］ 劉雨清.氟化物的誘變性[J].國外醫(yī)學(xué)（醫(yī)學(xué)地理分冊），1996，17（2）：58-60.

［18］ Chlubek D.Fluoride and oxidative stress[J].Fluoride，2003，36（4）：217-228.

［19］ Izquierdo-Vega JA，Sánchez-GutiérrezM，Del Razo LM.Decreased in vitro fertility inmale ratsexposed to fluoride-induced oxidative stress damage and mitochondrial transmembrane potential loss[J].Toxicol Appl Pharmacol，2008，230（3）：352-357.

［20］ 李淑琴，申瑞玲，王仲兵，等.不同營養(yǎng)條件下氟對小鼠肝腎及心肌的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998，26（4）：82-84.