維生素D及其受體與雄性生殖

賈新轉(zhuǎn)魏 蘭王詠梅

1. 河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院（石家莊 050011）; 2. 河北省胸科醫(yī)院

維生素D及其受體與雄性生殖

賈新轉(zhuǎn)1魏 蘭2王詠梅1

1. 河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院（石家莊 050011）; 2. 河北省胸科醫(yī)院

一、維生素D及其受體

（一）維生素D的來源及代謝

維生素D主要來源于紫外線照射后皮膚中合成及食物攝取。維生素D在小腸吸收，經(jīng)淋巴循環(huán)入血，循環(huán)至肝臟后，經(jīng)25-羥化酶（由CYP2R1編碼）作用變成25(OH)D。25(OH)D是循環(huán)中維生素D的主要形式，并認(rèn)為是反映血清維生素D水平的可靠指標(biāo)。5(OH)D再經(jīng)腎臟1-α羥化酶（由CYP27B1編碼）的作用生成有生物活性的代謝物1, 25(OH)2D3，與外周靶細(xì)胞的維生素D受體結(jié)合，發(fā)揮多種生物活性作用。24-羥化酶（由CYP24A1編碼）可使循環(huán)中各種形式的維生素D滅活。

（二）維生素D受體（VDR）

活性維生素D主要通過與靶細(xì)胞內(nèi)VDR結(jié)合、介導(dǎo)及調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄發(fā)揮其生物學(xué)作用。近年來研究表明，VDR除存在于腸、骨、腎等經(jīng)典靶器官外，還廣泛分布于多種組織器官中，其中包括睪丸、精子等。VDR是核受體超家族成員，其實(shí)質(zhì)為一種配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，其生物學(xué)作用通過基因組、非基因組兩種機(jī)制介導(dǎo)[1]。

核維生素D受體（nuclear vitamin D receptor，VDR）為細(xì)胞內(nèi)特異性受體。1, 25(OH)2D3與nVDR結(jié)合后可導(dǎo)致后者構(gòu)象改變，使兩者穩(wěn)定結(jié)合，并可促使視黃醇類x受體（retinoid X receptor，RXR）與nVDR形成異二聚體。復(fù)合物還能特異性地通過’-RXR-VDR-3’的極性與靶基因VDR反應(yīng)元件（VDRE）形成高親和力的結(jié)合。因此，細(xì)胞對, 25(OH)2D3反應(yīng)性的差異可通過nVDR表達(dá)水平不同來解釋[2]。

非基因組機(jī)制介導(dǎo)的效應(yīng)即膜維生素D受體（mVDR）與1,25(OH)2D3特異性結(jié)合，通過蛋白激酶c、Ca2+通道等通路發(fā)揮作用。有研究表明,25(OH)2D3在以下方面均發(fā)揮了非基因效應(yīng)：小腸

a2+的快速吸收、破骨細(xì)胞Ca2+、Cl-通道的快速開放以及胰島素的分泌等[3]。

二、維生素D在雄性生殖中的作用

維生素D及其代謝酶在睪丸組織、雄性生殖道和人類精子中均有表達(dá)，表明雄性生殖器官是維生素D的靶器官。維生素D在雄性生殖方面發(fā)揮作用。

（一）維生素D與雄性生殖器官

有研究顯示注射氚標(biāo)記維生素D后，大鼠睪丸和附睪內(nèi)的25(OH)D、1, 25(OH)2D3及24, 25(OH)2D3的水平高于其他器官，提示生殖器官可以調(diào)節(jié)維生素D局部反應(yīng)性。睪丸中VDR對1, 25(OH)2D3有高親和力[4, 5]，但沒有特異性[6]，這提示血清中充足的1, 25(OH)2D3的濃度可使性腺維生素D受體活化。在人類生殖系統(tǒng)，VDR主要表達(dá)于生殖細(xì)胞和未成熟的支持細(xì)胞[7]，而在鼠類生殖系統(tǒng)中，VDR表達(dá)于生殖細(xì)胞、未成熟或成熟支持細(xì)胞[8]，這就阻礙了從鼠模型的結(jié)果推論至人類的假設(shè)。

睪丸與其他組織相比，1-α羥化酶（CYP27B1）和25-羥化酶（CYP2R1）表達(dá)更高[9]。CYP2R1在睪丸間質(zhì)細(xì)胞和生殖細(xì)胞中均有表達(dá)[7]。睪丸內(nèi)CYP2R1表達(dá)下調(diào)，可能使生殖細(xì)胞數(shù)量下降，導(dǎo)致精子受損[10]。睪丸內(nèi)CYP2R1表達(dá)下調(diào)的男性與正常精液男性比較，血清中25(OH)D水平降低，推斷睪丸內(nèi)的CYP2R1對機(jī)體25羥基化很重要[10]。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是比較吸引人的，因?yàn)槿祟惒G丸與肝臟相比，前者CYP2R1的表達(dá)率相對較高[9]。然而，多項(xiàng)研究表明機(jī)體內(nèi)25羥基化主要在肝臟內(nèi)。但是，在睪丸去勢的鼠體內(nèi)，觀察到肝臟CYP2R1升高，這提示睪丸可能至少是產(chǎn)生肝臟CYP2R1的調(diào)節(jié)因子，從而影響血清25(OH)D水平。

在腎臟、前列腺及乳腺中，LRP-2跨膜蛋白（巨蛋白）和cubulin蛋白促進(jìn)25(OH)D結(jié)合蛋白進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。這兩種蛋白在雄性生殖道均有表達(dá)[11]，并可能促進(jìn)維生素D蛋白結(jié)合物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。在鼠[12]、人類[7]，VDR及維生素D代謝酶在附睪不同部位（頭、體、尾）、前列腺及精囊腺均有表達(dá)。精子通過附睪頭、體尾時(shí)，附睪調(diào)節(jié)精漿成分。在遠(yuǎn)離附睪的部位，精漿中Ca2+濃度下降，P-濃度上升，這可能對精子成熟有重要作用，并與精子活力誘導(dǎo)有關(guān)。在射精過程中，精子遇到前列腺和精囊腺分泌的液體，該液體中的Ca2+濃度較血清中高兩倍，這可能是精子進(jìn)入女性生殖道的環(huán)境準(zhǔn)備。

維生素D在輸出小管與附睪的功能應(yīng)該與其在腎臟的功能具有可比性，因?yàn)樗鼈冇型瑯拥陌l(fā)育起源[13]。腎臟中維生素D的主要功能是跨膜Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)，包括TRPV6、鈣結(jié)合蛋白[14]。TRPV6在附睪中表達(dá)，而在敲除TRPV6小鼠中附睪Ca2+吸收下降，導(dǎo)致精子活力下降和雄性不育[15]。

（二）維生素D與性激素

1. 睪酮：隨著年齡升高，血清25(OH)D和性激素水平下降，而血清性激素結(jié)合球蛋白（SHBG）水平升高[16]。在青年人體內(nèi)血清25(OH)D水平與SHBG正相關(guān)[17, 18]，而在老年人體內(nèi)這兩者不相關(guān)[19]。

維生素D缺乏常伴有低鈣血癥，可能是低鈣血癥對靶組織發(fā)揮作用，而不是維生素D受體直接介導(dǎo)。有研究發(fā)現(xiàn)，在維生素D缺乏的小鼠中血清睪酮水平低，注射1, 25(OH)2D3后睪酮水平可上升2～5倍。另一研究顯示，在血鈣正常、維生素D缺乏的小雞與血鈣正常、維生素D充足的小雞中，血漿睪酮水平是具有差異的。關(guān)于人初級睪丸細(xì)胞體外培養(yǎng)的相關(guān)研究提示，維生素D可增加睪丸細(xì)胞分泌睪酮[20]。

總之，維生素D通過調(diào)節(jié)鈣、磷穩(wěn)態(tài)和SHBG的生成，間接影響睪酮合成。人類相關(guān)研究的資料有限，有待于進(jìn)一步探討。

2. 雌二醇：CYP19A1編碼芳香化酶，芳香化酶可使睪酮轉(zhuǎn)化為雌激素，CYP19A1有多重啟動子，在靶組織中依賴啟動子活性進(jìn)行不同調(diào)節(jié)[21, 22]。1,25(OH)2D3與存在于CYP19A1啟動子內(nèi)的維生素D反應(yīng)元件（VDRE）結(jié)合，在乳腺癌、骨組織中抑制或誘導(dǎo)組織特異性芳香化酶轉(zhuǎn)錄[8, 21, 23]。CYP19A1啟動子1，4可能對生殖細(xì)胞起作用[24]。睪丸內(nèi)60%芳香化酶由生殖細(xì)胞產(chǎn)生[22]。睪丸組織內(nèi)雌二醇水平很高，但男性血清中雌二醇水平低。

在體外，1, 25(OH)2D3可誘導(dǎo)幼鼠支持細(xì)胞芳香化酶的表達(dá)[8]。另外，兩種敲除VDR的小鼠模型試驗(yàn)顯示，1, 25(OH)2D3在睪丸和附睪中對雌激素信號有顯著影響[23]。

在VDR缺失[23]與CYP19A1缺失的小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)遲發(fā)性雄性生育能力受損[22]；而在VDR缺失與雌激素受體α（ERα）缺失的小鼠研究發(fā)現(xiàn)精子活力下降和不育，考慮為睪丸和附睪頭液體重吸收下降所致。對VDR缺失小鼠[23]補(bǔ)充鈣和雌激素，顯示精子發(fā)生和精子活力下降是可逆的，進(jìn)一步證實(shí)了雄性生殖器官內(nèi)VDR和雌激素的關(guān)系。

VDR缺失小鼠和同種鼠模型對比，血清雌二醇水平無顯著差異[23]，關(guān)于青年男性的3個(gè)橫斷面研究[17, 18, 25]發(fā)現(xiàn)，血清雌二醇水平與25(OH)D無顯著相關(guān)性。提示與性腺相比， VDR缺失引起全身雌激素信號異常的作用不明顯。

3. 睪丸多肽激素：抗苗勒氏管激素（AMH）由人類未成熟支持細(xì)胞（表達(dá)VDR）生成，與雄性生殖道的發(fā)育有關(guān)，而AMH在成人中的作用暫不清楚[26]。一個(gè)隊(duì)列研究報(bào)道血清25(OH)D與AMH正相關(guān)，成年男性補(bǔ)充維生素D3可調(diào)節(jié)AMH的產(chǎn)生[27]。AMH啟動子包含VDRE，因此認(rèn)為1,25 (OH)2D3對AMH產(chǎn)生具有直接刺激作用；而動物實(shí)驗(yàn)研究并沒有證實(shí)維生素D對人類睪丸AMH生成作用的假設(shè)，人類VDR與AMH的相關(guān)性需要進(jìn)一步證實(shí)。

抑制素B（inhibin B，INH B）有α、β兩個(gè)亞單位，α亞單位由支持細(xì)胞產(chǎn)生，β亞單位由生精細(xì)胞產(chǎn)生，前者轉(zhuǎn)移到生精細(xì)胞合成具有活性的二聚體。成熟的支持細(xì)胞產(chǎn)生雄激素結(jié)合蛋白（ABP）。INH B對促卵泡激素（FSH）分泌具有負(fù)反饋?zhàn)饔?，ABP結(jié)合雄激素有利于生精過程。ABP與SHBG的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)相似，主要區(qū)別可能為基因表達(dá)后蛋白修飾基團(tuán)的不同。SHBG決定雄性生殖管道內(nèi)游離雄激素水平。在VDR缺失小鼠與同種小鼠對照研究發(fā)現(xiàn)，睪丸SHBG和INH B轉(zhuǎn)錄水平?jīng)]有差異性，而血清FSH和LH水平是有差異性的[6]。此外，在正常男性群組研究中，血清中25(OH)D和FSH、INH B沒有相關(guān)性[5, 17, 18, 25]，因此VDR對于睪丸SHBG或INH B的表達(dá)無明顯作用[8]。

（三）維生素D和雄性生殖

有研究提示維生素D有益于雄性生育[28]。有研究提示Ca2+可調(diào)控精子活力[29]。維生素D缺乏的大鼠，通過改善低鈣血癥可恢復(fù)其生育力，提示維生素D通過Ca2+間接影響生育力；而血鈣正常伴維生素D缺乏大鼠的精子授精，與血鈣正常伴維生素D充足大鼠的精子授精相比，前者妊娠率仍顯著下降[30]，推測維生素D對雄性生育能力也有直接影響。

關(guān)于VDR缺失小鼠模型的生殖研究顯示，其精子數(shù)量顯著下降（40%），精子活力下降（9倍），從而導(dǎo)致不育[23]。補(bǔ)鈣后可改善精子質(zhì)量和生育力，但只有同時(shí)補(bǔ)鈣與雌激素后才可使精子質(zhì)量和生育力達(dá)到正常水平[23]，這表明機(jī)體中鈣和雌激素的變化可影響雄性生育力。VDR缺失小鼠模型生殖管道

Rβ低表達(dá)和ERα高表達(dá)，提示VDR缺失可降低雌激素應(yīng)答性，這可能最終介導(dǎo)維生素D對精子活力的影響[15]。

維生素D缺乏（＜2 5 n m o l/L）或不足（＜50nmol/L）的男性與維生素D充足的男性相比，前者精子活動力顯著降低[5, 31]。在一般人群[5]、有生育能力的男性[31]和不育男性[31]研究中顯示，維生素D與精子活力正相關(guān)[5]，精子形態(tài)學(xué)與血清25(OH)D水平正相關(guān)[5, 31]，而大量研究[31]發(fā)現(xiàn)血清25(OH)D與精子總數(shù)、精子濃度無相關(guān)性。

1, 25(OH)2D3對精子活力的影響可能是通過附睪不同部位Ca2+變化介導(dǎo)的，同時(shí)1,25 (OH)2D3對人類精子的非基因作用誘導(dǎo)也是有效的[32]。在動物及人類相關(guān)研究中均發(fā)現(xiàn)在體外1, 25(OH)2D3誘導(dǎo)精子活力。

（四）維生素D代謝的調(diào)控

睪丸中表達(dá)Klotho，Klotho與FGFR1或

GFR3相互作用生成FGF23特異性受體。在腎臟，F(xiàn)GF23下調(diào)CYP27B1、誘導(dǎo)CYP24A1和抑制,25(OH)2D3的生成。雄性生殖細(xì)胞表達(dá)FGFR1、GFR3，使睪丸成為FGF23的靶器官。敲除Klotho 與FGF23的小鼠出現(xiàn)雄性不育。FGF23類似物

TH、PTHrP，可使1,25-(OH)2D3的生成增加。

THrP可由生殖細(xì)胞產(chǎn)生，其特異性受體PTHR1 和PTHR2也在睪丸表達(dá)。降鈣素和降鈣素相關(guān)肽對雄性生殖及腎臟維生素D代謝均發(fā)揮作用，但其受體只在睪丸間質(zhì)細(xì)胞和精子表達(dá)，限制其在腎臟發(fā)揮作用。

已知性激素是1-α羥化酶調(diào)節(jié)因子，雄性生殖器官均有雌激素受體（ER）表達(dá)，提示雌二醇對生殖道所有部位均有調(diào)節(jié)作用，但其機(jī)制尚未闡明。而雄激素受體（AR）在生殖道上皮細(xì)胞表達(dá)，在人體中未成熟支持細(xì)胞表達(dá)VDR但不表達(dá)AR，成熟支持細(xì)胞表達(dá)AR但幾乎不表達(dá)VDR[33]。VDR表達(dá)下降，可能是由于睪丸支持細(xì)胞成熟過程中AR表達(dá)的誘導(dǎo)。

有證據(jù)表明1,25(OH)2D3直接介導(dǎo)CYP27B1下調(diào)和CYP24A1上調(diào)，并提示維生素D的局部代謝可能受睪丸負(fù)反饋調(diào)節(jié)。有研究推測血循環(huán)25OHD水平或者1,25(OH)2D3水平可能影響睪丸維生素D代謝酶和VDR的表達(dá)水平。然而，大鼠注射1,25(OH)2D3后睪丸VDR未見明顯變化；在關(guān)于健康與不育男性的精液的相關(guān)研究中，發(fā)現(xiàn)血清25(OH)D與CYP24A1的表達(dá)無相關(guān)性[34]。因此，不能認(rèn)為血清維生素D代謝水平?jīng)Q定睪丸內(nèi)維生素D代謝。

結(jié) 論

在嚙齒類動物及人類的睪丸、生殖道均存在維生素D代謝，其對精液質(zhì)量的影響可能是直接介導(dǎo)，或通過調(diào)節(jié)附睪不同部分Ca2+改變間接介導(dǎo)。由于人類生育潛能比嚙齒類動物要低很多，且在兩個(gè)種屬的關(guān)鍵信號通路存在區(qū)別，所以由小鼠試驗(yàn)推斷人類結(jié)果是有疑問的。

人類1,25(OH)2D3可通過快速非基因性介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Ca2+增加，誘導(dǎo)精子活力。但對維生素D缺乏的不育男性補(bǔ)充維生素D是否可以改善精子活力有待于進(jìn)一步研究。

在人類維生素D介導(dǎo)的大多數(shù)作用是專有的旁分泌作用，其中VDR擔(dān)當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子。生殖系統(tǒng)基因轉(zhuǎn)錄或者蛋白表達(dá)的改變，很少影響全身，且不受血清25(OH)D的影響。1,25(OH)2D3除了直接影響性腺，還可通過調(diào)節(jié)因子（包括降鈣素，F(xiàn)GF23等）間接調(diào)節(jié)睪丸功能。

關(guān)鍵詞維生素D; 維生素D受體; 生殖; 精子

參 考 文 獻(xiàn)

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（2014-12-04收稿）

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2015.03.015

中圖分類號R 698.2