活性氧對(duì)精子功能影響研究進(jìn)展

鄧龍生盧太坤陳進(jìn)春鄒 強(qiáng)綜述 高亞輝審校

1.廈門(mén)市中醫(yī)院男科（福建廈門(mén) 361009）；2. 廈門(mén)市中醫(yī)院風(fēng)濕腎科；3. 廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

·綜 述·

活性氧對(duì)精子功能影響研究進(jìn)展

鄧龍生1盧太坤1陳進(jìn)春2鄒 強(qiáng)1綜述 高亞輝3審校

1.廈門(mén)市中醫(yī)院男科（福建廈門(mén) 361009）；2. 廈門(mén)市中醫(yī)院風(fēng)濕腎科；3. 廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

夫婦同居1年以上，未采用任何避孕措施，由于男方因素引起女方不孕者，稱(chēng)為男性不育。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)：不孕不育的發(fā)病率是15%，其中男方因素引起的約占半數(shù)［1］。人類(lèi)精液質(zhì)量下降的趨勢(shì)是無(wú)法輕易解決的問(wèn)題，隨著精子質(zhì)量的下降，甚至有學(xué)者提出20年后：我們的精蟲(chóng)在哪兒［2］？活性氧（reactive oxygen species， ROS）導(dǎo)致的精子功能障礙是男性不育癥的一個(gè)重要原因［3］，在生理情況下，ROS在精子功能上扮演著多種角色（如獲能，頂體反應(yīng)和受精）［4］。但當(dāng)ROS含量過(guò)高超過(guò)機(jī)體抗氧化體系的還原能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激，可引起精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化損傷、精子DNA損傷、精子線(xiàn)粒體損傷及細(xì)胞凋亡，從而破壞精子功能和存活［5］。本文就ROS的產(chǎn)生機(jī)制，ROS對(duì)精子的生理和病理作用，ROS的清除方法做一綜述。

一、ROS的來(lái)源及對(duì)精子的影響

ROS主要由內(nèi)源性和外源性的因素產(chǎn)生。精液中的白細(xì)胞和精子細(xì)胞是ROS的主要內(nèi)源性來(lái)源，而吸煙、感染、精索靜脈曲張、環(huán)境因素（如輻射，毒素等）可導(dǎo)致外源性ROS產(chǎn)生［6］。

（一）內(nèi)源性來(lái)源

1. 精子細(xì)胞：精子細(xì)胞和未成熟/異常精子的精子細(xì)胞是ROS在精液中的主要來(lái)源。

精子細(xì)胞產(chǎn)生ROS主要有兩個(gè)途徑：第一種途徑是精子膜上的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶NAPDH，包含精子膜上的酶復(fù)合物與其底物反應(yīng)產(chǎn)生ROS［7］；第二種途徑是線(xiàn)粒體呼吸鏈電子漏，精子線(xiàn)粒體呼吸鏈傳遞電子并不是十分完善，在一定的部位存在著漏電現(xiàn)象，泄露的電子與精漿中的黃嘌呤等氧化酶發(fā)生一系列的氧化反應(yīng)釋放ROS［8］。為了做好受精的準(zhǔn)備，在精子發(fā)生、發(fā)展中的精子擠壓細(xì)胞質(zhì)。被淘汰的細(xì)胞質(zhì)和殘余細(xì)胞器，形成精子核空泡中多余的殘留膜成分和受損的不成熟精子中段周?chē)亩嘤喟麧{，它們可以激活NAPDH系統(tǒng)［9］。因此，過(guò)量的殘留細(xì)胞質(zhì)液和多余的殘留膜成分是ROS產(chǎn)生一個(gè)來(lái)源。不成熟的精子與圍繞它的中段多余細(xì)胞質(zhì)，存在運(yùn)動(dòng)障礙和異常形態(tài)，最終影響精子的受精［10］。

2. 白細(xì)胞：精液中的白細(xì)胞是ROS產(chǎn)生的一個(gè)主要來(lái)源。大量ROS導(dǎo)致氧化應(yīng)激，會(huì)損害精子，從而影響精子正常受精能力。

精液中的白細(xì)胞很大一部分來(lái)源于前列腺和精囊。在炎癥、感染時(shí)，白細(xì)胞會(huì)“呼吸爆發(fā)”，產(chǎn)生比未激活時(shí)高100倍的ROS［11］。Ali等［12］研究表明當(dāng)精液白細(xì)胞水平＞1×106WBC/mL產(chǎn)生的ROS可誘導(dǎo)精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化損傷和精子DNA損傷。Ashok等［13］研究顯示低水平白細(xì)胞精子癥（0.1～1.0×106WBC/ mL）也產(chǎn)生ROS，它可誘發(fā)精子DNA碎片引起精子DNA損傷。不僅如此，Weihua等證實(shí)在慢性前列腺炎/慢性盆底疼痛綜合征時(shí)，精漿炎性細(xì)胞因子IL-6、IL-8和腫瘤壞死因子TNF-a升高，這些因子都導(dǎo)致精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化損傷，與精子活力呈負(fù)相關(guān)［14］。

（二）外源性來(lái)源

1. 吸煙：香煙煙霧［15］中含有大量致癌物和誘變劑，如尼古丁，一氧化碳等，對(duì)精子密度和運(yùn)動(dòng)性造成不利的影響。煙草的代謝物可導(dǎo)致炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，Zakar等［16］研究表明吸煙組精液中的白細(xì)胞浸潤(rùn)比非吸煙組的更高，升高的白細(xì)胞生成大量的ROS，從而引起精子DNA氧化應(yīng)激損傷。尼古?。?7］引起的ROS增加會(huì)導(dǎo)致精子形態(tài)學(xué)的缺陷，緣于精子富含多聚不飽和脂肪酸而易受ROS的攻擊。

2. 感染：許多微生物，包括大腸桿菌、淋球菌、支原體和衣原體等所致的泌尿生殖系統(tǒng)感染，可引起精液中的ROS增加，最終導(dǎo)致精子缺乏線(xiàn)粒體功能和DNA損傷，引起精子異常［18］。支原體感染后，可導(dǎo)致精子活力下降和增加精子的畸形率。衣原體可增加精子ROS生成從而影響精子的功能，誘導(dǎo)精子過(guò)早死亡［19］。

3. 精索靜脈曲張：精索靜脈曲張的男性不育癥患者精液中有較高水平的ROS，容易誘導(dǎo)精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化損傷，引起精子DNA碎片指數(shù)的增加，導(dǎo)致精子DNA損傷。并且精索靜脈曲張會(huì)下調(diào)睪丸的總抗氧化能力［20］。

4. 輻射：Gong等［21］研究報(bào)道總劑量為2Gy的?射線(xiàn)，可引起小鼠睪丸重量顯著降低，輻射后精液產(chǎn)生的ROS可誘導(dǎo)精子DNA損傷，精子細(xì)胞凋亡和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性降低，丙二醛（malondialdehyde，MDA）增加。移動(dòng)電話(huà)輻射提高了精子線(xiàn)粒體中ROS產(chǎn)生，降低精子活力同時(shí)刺激DNA的堿合物的形成，并最終導(dǎo)致精子DNA片段形成［22］。

5. 藥物及環(huán)境污染物：化療劑如甲氨蝶呤誘導(dǎo)大鼠睪丸損傷，導(dǎo)致睪丸生精小管萎縮和精母細(xì)胞凋亡，從而引起ROS增加，并且甲氨蝶呤大鼠組有顯著升高的睪丸組織MDA水平和顯著降低SOD的活性，最終導(dǎo)致精子DNA損傷［23］。農(nóng)藥如噠螨靈等使小鼠精液中的ROS顯著增加，導(dǎo)致精子DNA損傷和精子染色質(zhì)的異常［24］。研究表明，各種用于家庭和工業(yè)的塑料物中發(fā)現(xiàn)的鄰苯二甲酸酯，容易損害精子發(fā)生和誘導(dǎo)精子DNA損傷。銅、鉻、鉛、錳等金屬，可增加大鼠睪丸MDA水平，造成精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化損傷［25］。

二、ROS對(duì)精子的生理作用

正常生理情況下，在睪丸，男性雄性生殖細(xì)胞的增殖和成熟的過(guò)程ROS是必不可少的。ROS對(duì)于調(diào)節(jié)精子的受精過(guò)程也起著重要作用，如精子獲能，頂體反應(yīng)和精卵融合等［26］。只有激活精子，增加精子活力才能成功受精，ROS在精子的獲能過(guò)程中，可增加胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷（cAMP）水平。cAMP可以激活酶的表達(dá)，其中包括蛋白激酶的活性及其底物酪氨酸等磷酸化成纖維鞘蛋白。精子酪氨酸磷酸化蛋白調(diào)節(jié)精子頂體反應(yīng)和精卵融合的過(guò)程。且ROS已經(jīng)顯示出可以增加精子-卵母細(xì)胞融合的膜流動(dòng)性和速率，從而成功受精。

三、ROS對(duì)精子的病理作用

（一）ROS對(duì)精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化損傷

精子膜富含多聚不飽和脂肪酸，且具有多個(gè)雙鍵，雙鍵對(duì)于維持精子膜的流動(dòng)性是必不可少的。不飽和脂肪酸特別容易受到ROS攻擊，引起精子膜脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)使脂肪酸失去雙鍵，進(jìn)而使細(xì)胞膜失去流動(dòng)性和破壞其完整性，抑制精子線(xiàn)粒體功能及包括腺苷酸環(huán)化酶在內(nèi)的多種酶的活性，其結(jié)果，影響精子的頂體反應(yīng)和精卵融合［25］。

（二）ROS對(duì)精子DNA的損傷

生理情況下，精子核由魚(yú)精蛋白和DNA組成，它們緊密結(jié)合成環(huán)，使精子染色質(zhì)高度緊密完整，免受ROS的攻擊。然而，有研究發(fā)現(xiàn)男性不育患者呈現(xiàn)核染色質(zhì)組裝缺陷，導(dǎo)致精子DNA的易損性，繼而使其易受ROS的攻擊。精子DNA損傷包括堿基被修飾，生成移碼、缺失、無(wú)堿基位點(diǎn)、DNA交聯(lián)及染色體重排［27］。

ROS會(huì)破壞精子核內(nèi)DNA的完整性，造成高頻率的單鏈和雙鏈DNA斷裂。另外，ROS可引起精子細(xì)胞核碎裂，精子核DNA受損，最終導(dǎo)致男性不育相關(guān)的精液質(zhì)量明顯下降現(xiàn)象。已有研究表明精子DNA損傷后，會(huì)引起一系列的不良后果，如降低受精率，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。

因此，精子DNA完整性不但是提高受精率的關(guān)鍵，而且與優(yōu)生優(yōu)育也有十分密切的關(guān)系［28］。

（三）ROS對(duì)精子線(xiàn)粒體的損傷

精子線(xiàn)粒體是精子運(yùn)動(dòng)的能量源泉，其結(jié)構(gòu)的完整性和功能狀態(tài)直接關(guān)系到精子的活力。精子線(xiàn)粒體極為敏感，容易受到各種因子的影響，包括ROS。ROS造成線(xiàn)粒體的改變主要為：（1）ROS引起線(xiàn)粒體膜脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，對(duì)于線(xiàn)粒體內(nèi)膜危害最大。這將引起線(xiàn)粒體呼吸鏈的功能受損，抑制ATP合成功能。（2）損傷精子線(xiàn)粒體DNA（mitochondrialDNA，mtDNA）。mtDNA為環(huán)形雙股DNA。不與組蛋白和魚(yú)精蛋白結(jié)合，為裸露的DNA。mtDNA缺乏有效的修復(fù)系統(tǒng)，并且，突變率高于細(xì)胞核DNA 10～100倍，易受到ROS的攻擊造成氧化損傷。ROS改變精子mtDNA，將影響mtDNA正常合成編碼蛋白，而精子線(xiàn)粒體呼吸功能需要這些蛋白的供給［29］。（3）ROS導(dǎo)致精子線(xiàn)粒體脫落，數(shù)量減少。ROS誘導(dǎo)線(xiàn)粒體內(nèi)膜釋放Ca2+。這樣將會(huì)使精子的線(xiàn)粒體膜電位降低，引起精子線(xiàn)粒體數(shù)量減少，精子的凋亡率增加，精子的密度下降。精子能量的來(lái)源受損，精子運(yùn)動(dòng)能力也會(huì)受到影響［30］。

四、ROS的清除方法

（一）精液中抗氧化系統(tǒng)清除ROS

研究表明，精液中存在著抗氧化系統(tǒng)，它包括酶促和非酶促的抗氧化劑，酶促抗氧化劑包括超氧化物歧化酶，過(guò)氧化氫酶，谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等。非酶促抗氧化劑包括維生素A、E、C和B族復(fù)合物，谷胱甘肽，葉酸，輔酶Q10和褪黑素，微量營(yíng)養(yǎng)素如鋅、硒、銅等。它們彼此密切相互作用，以確保對(duì)ROS的最佳保護(hù)［31］。

（二）抗氧化劑清除ROS

維生素E能顯著降低MDA濃度，保護(hù)精子膜免受脂質(zhì)過(guò)氧化損傷和提高精子密度。維生素C是一種水溶性抗氧化劑，可減少ROS對(duì)精子DNA損傷。維生素C和E聯(lián)用能顯著減少精子DNA損傷［32］。輔酶Q10通過(guò)對(duì)精子氧化應(yīng)激和精子DNA損傷的保護(hù)作用來(lái)改善精液質(zhì)量與提高妊娠率［33］。左旋肉堿可阻止ROS的產(chǎn)生及清除ROS，保護(hù)精子細(xì)胞免遭氧化損傷，并改善精子DNA完整性。此外，左旋肉堿還具有減少生精細(xì)胞凋亡、抑制精子聚集等作用［34］。

（三）天然抗氧化劑清除ROS

自然界有許多食物具有較好的抗氧化性能。如：藻類(lèi)，魚(yú)類(lèi)等海鮮，富含膳食抗氧化劑，如維生素E、C、β胡蘿卜素和酚類(lèi)化合物，可改善氧化應(yīng)激。海藻多糖可提高精子膜流動(dòng)性和精子活力［35］。蜂王漿有較好的抗炎和抗氧化能力，可增加精子數(shù)量、成熟、運(yùn)動(dòng)和降低精子DNA損傷的百分比［36］。芹菜富含抗氧化劑化合物如芹菜素、維生素E和C等，可以減少氧化應(yīng)激，保護(hù)精子細(xì)胞膜免受ROS損傷［37］。

（四）中草藥抗氧化劑清除ROS

一些中草藥表現(xiàn)出的抗氧化特性對(duì)精子功能起到有益的效果。如：枸杞子、菟絲子、淫羊藿、肉蓯蓉、黃芪、野山楂等。其中淫羊藿［38］通過(guò)提高精漿SOD水平對(duì)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)大鼠生精功能障礙起保護(hù)有益效果。枸杞多糖［39］對(duì)小鼠精子DNA的氧化損傷有保護(hù)作用。山茱萸［40］可以減少甲氨蝶呤引起的ROS增加導(dǎo)致的精子DNA損傷，保護(hù)線(xiàn)粒體膜免受氧化損害。并且很多中藥復(fù)方也有很好的抗氧化作用。

五、小結(jié)

綜上所述，ROS導(dǎo)致精子功能障礙是復(fù)雜、多機(jī)制的。有效地使用抗氧化劑清除ROS，是臨床醫(yī)師治療男性不育癥不容忽視的方法。但抗氧化劑的使用目前仍有以下問(wèn)題需進(jìn)一步研究。（1）有效的抗氧化劑，治療劑量和療程，有待明確。（2）單用抗氧化劑并沒(méi)有提高懷孕率，有效的抗氧化劑聯(lián)用提高懷孕率需進(jìn)一步探明。（3）天然抗氧化劑與中草藥抗氧化劑來(lái)源自然，副作用小，是否可以尋找一個(gè)靶點(diǎn)相結(jié)合有效地提高懷孕率，從而開(kāi)發(fā)出新型的高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的天然配方，是一個(gè)新穎的研究方向。

致謝：本課題受廈門(mén)市科技局科技惠民計(jì)劃項(xiàng)目（No.3502Z20154058）和廈門(mén)市衛(wèi)生局第四批優(yōu)秀中醫(yī)后備人才基金資助項(xiàng)目（No.201539）基金項(xiàng)目資助

活性氧； 抗氧化劑； 精子； 男性不育癥

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（2016-06-15收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2016.07.015