精索靜脈曲張致睪丸生精功能障礙的機制研究進展

宋景艷，孫振高

(山東中醫(yī)藥大學，山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南　250014)

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·綜述·

精索靜脈曲張致睪丸生精功能障礙的機制研究進展

宋景艷，孫振高*

(山東中醫(yī)藥大學，山東中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，濟南250014)

【摘要】精索靜脈曲張(Varicocele，VC)是男性生殖系統(tǒng)常見病之一，隨著男性不育發(fā)病率越來越高，對VC與男性生殖關(guān)系的研究成為生殖醫(yī)學的熱點問題之一。近年來，對VC影響睪丸生精功能障礙機制的研究，主要著眼于睪丸溫度升高、缺氧、氧化應(yīng)激、返流、細胞凋亡等諸多環(huán)節(jié)，但對其確切的機制尚未闡明。探討VC致睪丸生精功能障礙的機制對臨床應(yīng)用具有重要意義，本文對國內(nèi)外VC致睪丸生精功能障礙的相關(guān)文獻進行綜述，以期為臨床應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】精索靜脈曲張；睪丸溫度；缺氧；氧化應(yīng)激；返流

(JReprodMed2016，25(2)：186-189)

精索靜脈曲張(VC)是指精索靜脈回流受阻或瓣膜功能障礙，血液返流，精索靜脈內(nèi)血流淤滯，導致蔓狀靜脈叢發(fā)生不同程度的迂曲擴張。VC是男性常見病，正常人群中發(fā)病率約為15%。早在16世紀，Ambroise即發(fā)現(xiàn)VC，1880年英國外科醫(yī)生Barfield首先報道了VC可導致不育。1929年Macomber和Sander報道施行雙側(cè)精索靜脈結(jié)扎術(shù)可使生育力恢復(fù)，但并未引起重視，直到1952年Tullocb報道了對患有VC的無精子癥者，經(jīng)手術(shù)后可恢復(fù)生育，才真正引起人們的重視。VC在男性不育患者中發(fā)病率為20%～40%，在繼發(fā)性男性不育患者中約為70%。VC患者約65%出現(xiàn)精子濃度的降低，90%會出現(xiàn)精子活力的降低，精子形態(tài)則出現(xiàn)應(yīng)激狀態(tài)下形態(tài)異常(尖頭精子>15%)和不成熟生精細胞增加等[1]。VC使男性睪丸生精功能下降是明確的，現(xiàn)就其機制作簡要綜述。

一、睪丸溫度差異的缺失

精索蔓狀血管叢緊貼于皮膚下，由血流方向相反的動脈和靜脈組成，這些靜脈和動脈血管在一些區(qū)域僅以血管壁相隔，靜脈叢包繞著動脈，行程迂曲、延長，且血流緩慢。這種解剖學和血流動力學特征有利于熱量和小分子的交換。通過精索的熱量交換，提供給睪丸的溫度較直腸溫度低2～4℃，保障了睪丸內(nèi)精子生成所需要的低于體溫的微環(huán)境。VC及隱睪癥導致的男性不育可能與這種溫度差異的缺失有關(guān)[2-3]。

Garolla等[4]通過動態(tài)監(jiān)測24 h內(nèi)VC患者陰囊溫度的變化發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，VC組24 h內(nèi)陰囊平均溫度顯著增加(P<0.01)，同時也發(fā)現(xiàn)其波動范圍明顯小于對照組，而且伴有精液參數(shù)的損害和血FSH水平的升高，說明VC對睪丸精子的發(fā)生產(chǎn)生了不利影響。該研究同時也發(fā)現(xiàn)VC伴有少精子癥患者睪丸內(nèi)血液平均流通時間明顯高于VC伴精液參數(shù)正常者(P< 0.01)，睪丸內(nèi)血流灌注的改變影響了精索的熱量交換，導致了其溫度的升高。但也有學者認為，VC伴精液質(zhì)量下降患者的陰囊平均溫度與正常人相比并沒有顯著差異[5]。

熱休克蛋白(HSP)是機體在熱應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生的，其能重新折疊那些錯誤折疊的蛋白以及直接刪除不能修復(fù)的錯誤蛋白，以維持人體細胞的存活[6]。Ferlin等[7]在一項前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)VC患者睪丸溫度的升高激活了HSP的高表達來保護受損的生精細胞，但其機制尚未闡明。何萌萌等[8]通過模擬睪丸在熱應(yīng)激狀態(tài)下局部發(fā)生的病理生理學變化，發(fā)現(xiàn)睪丸熱應(yīng)激43℃、20 min水浴能夠引起生精細胞的凋亡導致生精障礙，同時HSP的高表達通過上調(diào)Bcl-2/Bax、下調(diào)活化Caspase-3途徑從而阻止生精細胞及精子的凋亡，該研究在闡明睪丸局部溫度升高致其生精功能障礙機制的同時，也為我們進一步探討如何改善這種病理學改變提供了新的思路。

二、缺氧

缺氧誘導因子(HIF)是組織缺氧時所產(chǎn)生的特異性因子，其蛋白表達與組織缺氧程度成正相關(guān)[9-10]。HIF-1α是HIF的功能性亞基，其在缺氧條件下能夠進入細胞核，與HIF-1β結(jié)合形成HIF-1，繼而啟動靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進促紅細胞生成素(EPO)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)等的合成，使組織細胞適應(yīng)低氧環(huán)境。

Liang等[11]通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn)結(jié)扎左腎靜脈引起VC的小鼠(手術(shù)組)相比正常小鼠(對照組)，左側(cè)睪丸質(zhì)量指數(shù)和精子活力顯著降低，且精曲小管上皮細胞排列松散、無序，濾泡增多。通過觀察免疫組化和蛋白印跡結(jié)果表明，手術(shù)組HIF-α和腫瘤抑制因子p53表達顯著高于對照組，證明VC造成的組織缺氧(HIF-α水平升高)引起促凋亡蛋白p53過表達，致使精曲小管上皮細胞大量凋亡，精子生成過程受阻，最終導致睪丸生精功能下降。

腎上腺髓質(zhì)素(ADM)是一種具有擴血管和利尿活性的多肽，存在于正常人的血漿中，參與血壓的調(diào)控。Hu等[12]研究發(fā)現(xiàn)VC不育患者精索內(nèi)靜脈血漿ADM與HIF-1α濃度顯著高于其肱靜脈血漿濃度，VC伴生育功能正常組亦是如此，且前者ADM與HIF-1α濃度明顯高于后者。同時也發(fā)現(xiàn)VC不育患者血漿ADM濃度與活性氧代謝產(chǎn)物(ROM)和HIF-1α的升高呈正相關(guān)，故推測ADM可能參與了HIF-1α誘導的VC患者精子發(fā)生機制的損傷過程，其通過自分泌、旁分泌作用使睪丸生精細胞適應(yīng)低氧環(huán)境。缺氧對VC患者睪丸生精功能的損害顯而易見，而Hu等的研究為我們治療VC引起的精液參數(shù)下降提供了新的思路。

三、氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指機體在遭受各種有害刺激時，體內(nèi)高活性分子如活性氧自由基(ROS)產(chǎn)生過多，氧化程度超出機體的清除能力，從而導致組織損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)水平在VC不育患者中普遍降低，VC引起氧化應(yīng)激導致的不育是一個長期發(fā)展的過程。

眾多研究證明生理性ROS在精子的成熟過程中扮演著重要的角色，包括精子的獲能和頂體反應(yīng)[13]。VC患者由于睪丸局部發(fā)生缺氧、代謝性酸中毒等，ATP被分解為次黃嘌呤，并在黃嘌呤氧化酶作用下產(chǎn)生超過生理量的ROS，破壞氧化/還原動態(tài)平衡、過度激活促凋亡基因p53及Ca2+/Mg2+依賴的核酸內(nèi)切酶、脂質(zhì)過氧化損傷細胞膜等機制，最終誘發(fā)生精細胞凋亡[14]。ROS通過啟動細胞膜的脂質(zhì)過氧化，生成大量脂質(zhì)過氧化物(LPO)，LPO攻擊細胞生物膜，使腺苷酸環(huán)化酶活化受限引起cAMP減少，導致精子形態(tài)、功能及代謝異常[15]。然而并沒有發(fā)現(xiàn)ROS產(chǎn)量與VC嚴重程度間顯著的正相關(guān)關(guān)系[16]。

Gong等[17]在研究中發(fā)現(xiàn)過氧化還原酶(PRDx)在VC患者精液標本中含量較低而巰基氧化PRDx升高，PRDx比率(巰基氧化PRDx/總PRDx)升高與精子活力成負相關(guān)，而與精子DNA完整性和精子脂質(zhì)過氧化反應(yīng)成正相關(guān)，由此可見，PRDx在VC患者體內(nèi)的抗氧化應(yīng)激作用、維持精子DNA完整性以保護睪丸生精功能中扮演了重要的角色。

Smith等[18]發(fā)現(xiàn)VC患者中，即使精液常規(guī)檢查提示各項參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，仍有(20.7±4.0)%的精子存在染色體DNA損傷；而在精液常規(guī)檢查各項參數(shù)不正常的患者中，則有(35.5±9.0)%的精子染色體DNA受到損傷。存在DNA損傷的精子最終在Fas系統(tǒng)、Caspase系統(tǒng)及Bcl-x等機制作用下凋亡。或者即使還未發(fā)生凋亡，這些精子用于IVF-ET或ICSI時，最終也將導致胚胎質(zhì)量下降，妊娠率降低。睪丸局部的氧化應(yīng)激反應(yīng)確實對精子發(fā)生產(chǎn)生了不可逆損害，但因為男性較大的生育潛力，一部分患者仍然能夠生育。

四、血管活性物質(zhì)的毒性作用

VC患者精索內(nèi)靜脈存在血液流通障礙，這與其解剖學位置密切相關(guān)，腎靜脈血液返流往往會攜帶來自腎臟和腎上腺的代謝產(chǎn)物，目前認為，這些代謝產(chǎn)物中去甲腎上腺素、腎上腺素等對睪丸生精功能有較大影響。

許寧等[19]研究發(fā)現(xiàn)，VC患者局部的去甲腎上腺素和腎上腺素濃度明顯高于對照組，提示去甲腎上腺素和腎上腺素在局部過度增加可能與VC發(fā)生不育的病理生理過程密切相關(guān)。去甲腎上腺素和腎上腺素通過自氧化所產(chǎn)生的氧自由基攻擊分裂旺盛的生精細胞，導致生精細胞的凋亡增加，這可能是VC患者睪丸生精功能受損并引發(fā)不育的重要原因。

五、生精細胞凋亡

細胞凋亡在生精細胞發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用。生精細胞凋亡出現(xiàn)在精子發(fā)生的各個階段，它可以清除發(fā)生突變(DNA損傷或突變)的生精細胞，從而維持生精細胞基因的完整性，保證配子的質(zhì)量，對維持基因遺傳的穩(wěn)定性至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，有不少基因產(chǎn)物參與凋亡調(diào)控，這些基因產(chǎn)物可參與促進或抑制細胞凋亡的發(fā)生、發(fā)展，因此檢測凋亡調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物對研究細胞凋亡及其調(diào)控有重要作用。

Agarwal等[20]在對單側(cè)與雙側(cè)VC不育男性差異蛋白質(zhì)組分析中發(fā)現(xiàn)，與單側(cè)VC相比，雙側(cè)VC不育男性擁有64種差異蛋白；與雙側(cè)VC相比，單側(cè)VC不育男性擁有31種差異蛋白。這些差異蛋白的主要生物學途徑為細胞凋亡、新陳代謝以及信號傳導。Eid等[21]通過臨床試驗發(fā)現(xiàn)，VC不育患者精液中腫瘤壞死因子(TNF)誘導的細胞凋亡配體水平(TRAIL)顯著高于有生育能力的VC患者以及對照組；VC不育患者中TRAIL與精子活力呈顯著負相關(guān)；TNF與其配體結(jié)合形成復(fù)合體進而激活一系列凋亡蛋白酶來執(zhí)行其促進細胞凋亡的作用。提示VC致睪丸生精功能障礙與細胞凋亡密切相關(guān)。

六、分子遺傳學改變

隨著VC致不育機制研究的不斷深入，越來越多的學者開始關(guān)注VC不育患者的分子遺傳學改變。陳海昕等[22]研究VC不育患者112 例，收集其直系男性親屬117 例，結(jié)果顯示，親屬組VC發(fā)病率顯著增高，提示此病具有一定的遺傳學傾向。

血小板源性生長因子(PDGF)及其受體在男性胚胎及其出生后的性腺發(fā)育中扮演著極其重要的角色。PDGF缺乏與精子發(fā)生障礙密切相關(guān)。Gentile等[23]對105名VC不育患者進行研究發(fā)現(xiàn)，人堿性磷酸酶1(ACP1)基因型呈現(xiàn)出高度活躍性，ACP1部分基因型VC患者精液濃度顯著降低(ACP1能夠?qū)DGF受體去磷酸化，以降低其生長因子的活性)；該研究最終發(fā)現(xiàn)約有10%精液參數(shù)較差的VC患者表現(xiàn)為較活躍的該基因型。無論此基因型的改變是先天存在，還是后天基因突變形成，其對精子發(fā)生的不良影響卻是不容置疑的。

楊慎敏等[24]對355例非梗阻性無精子癥及嚴重少精子癥患者進行染色體微缺失檢測，發(fā)現(xiàn)染色體微缺失患者34例，其中觀察到4例伴隨VC，其中1例此前接受了VC手術(shù)治療，該患者術(shù)后精子質(zhì)量并未得到明顯改善。提示VC患者可同時存在染色體微缺失，且微缺失病例如伴有VC，VC手術(shù)治療對精子質(zhì)量的改善可能無益。Y染色體無精子因子(AZF)微缺失在生育男性中的發(fā)病率約為0～0.87%，而在不育男性中的發(fā)病率報道不盡一致，發(fā)生范圍為0.4%～55.5%，平均發(fā)生率為10.18%。朱海波等[25]在一項調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，VC伴有嚴重少精子癥患者Y染色體AZF微缺失發(fā)生率為19%，顯著高于VC伴有輕度少精子癥患者的11%，亦顯著高于特發(fā)性輕度少精子癥患者和對照組，提示AZF的微缺失與VC致生精功能損害繼而引發(fā)不育密切相關(guān)。

綜上所述，VC致睪丸生精功能障礙可能是多種因素共同作用的結(jié)果，各種因素互為因果，互相聯(lián)系，共同作用于機體，最終導致生精功能障礙。VC能夠降低睪丸生精功能，但大多數(shù)VC患者仍可以生育，提示VC降低男性生育力的影響并不是必然的，其嚴重程度是否與男性生育力的下降成正比也存在一定的爭議[26]。但VC導致男性不育仍然是客觀存在的，盡管目前尚未形成共識，但不能否認大量的機制研究對VC不育患者的治療提供了良好的臨床指導。對于VC引起男性不育的治療不能局限于單純的結(jié)扎或阻斷精索靜脈，可以在此基礎(chǔ)上輔以理療、氧療、抗氧自由基、抗凋亡、調(diào)節(jié)免疫等其他治療手段，盡可能糾正VC造成的病理改變，以期達到治療不育的效果。隨著VC導致睪丸生精功能障礙機制研究的不斷深入，VC的治療和預(yù)防必將有更加廣闊的前景。

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[編輯：侯麗]

Research progress of the mechanism of spermatogenesis dysfunction induced by varicocele

SONGJing-yan，SUNZhen-gao*

ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine，theAffiliatedHospitalofShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine，Jinan250014

【Abstract】Varicocele is one of the common diseases of male reproductive system，and the relationship between varicocele and male fertility become one of the hot issues of reproductive medicine along with increase of the incidence of male infertility. For the past few years，the mechanism of spermatogenesis dysfunction induced by varicocele has focused on higher testicular temperature，hypoxia，oxidative stress，reflux，immunity，apoptosis，et al. However，the precise mechanism has not yet been elucidated. So it is of great significance to explore spermatogenesis dysfunction mechanism induced by varicocele. Based on this background，the paper reviews the literatures from China and abroad，about the mechanism of spermatogenesis dysfunction induced by varicocele.

【Key words】Varicocele；Testicular temperature；Hypoxia；Oxidative stress；Reflux

【作者簡介】宋景艷，男，山東東營人，碩士，中西醫(yī)結(jié)合生殖醫(yī)學專業(yè).(*通訊作者)

【基金項目】國家自然科學基金(81373676)；山東省科技發(fā)展計劃項目(2014GSF119021)

【收稿日期】2015-06-01；【修回日期】2015-07-12

DOI：10.3969/j.issn.1004-3845.2016.2.017