維生素D與男性生殖

王寧，王璐，王志敏，賴德芳，紀(jì)霞，杜海燕

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第三臨床學(xué)院，包頭 014010)

不孕不育是由多種原因?qū)е碌纳系K狀態(tài)，是生育期夫婦生殖健康的不良事件，不孕不育病因構(gòu)成中的男性因素占40%。在過去的40年里，男性的精液質(zhì)量在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，目前有關(guān)男性生育能力及其影響因素成為研究熱點(diǎn)[1]。隨著對維生素D研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)維生素D除了調(diào)節(jié)鈣磷代謝及吸收，維持肌肉及骨骼的健康及穩(wěn)態(tài)外，還參與了男性生殖的各個環(huán)節(jié)，并通過調(diào)節(jié)維生素D受體(Vitamin D receptor，VDR)和維生素D代謝酶影響男性生育[2]。大量研究表明維生素D通過基因組及非基因組效應(yīng)影響睪丸功能，進(jìn)而影響性激素的產(chǎn)生、精子質(zhì)量及干擾生殖腫瘤進(jìn)展，最終影響男性生殖。現(xiàn)就近年來關(guān)于維生素D與男性生殖之間的相關(guān)性研究進(jìn)行綜述。

一、維生素D簡介

1.來源與代謝：維生素D的生化結(jié)構(gòu)類似于類固醇激素，主要發(fā)揮作用的是維生素D3，可通過飲食獲取，但主要通過表皮細(xì)胞中的7-脫氫膽固醇經(jīng)太陽紫外線照射后產(chǎn)生。維生素D3無生物活性，需要經(jīng)過兩次羥化才具有生物活性。最初，維生素D3轉(zhuǎn)化為25-羥基維生素D3[25-(OH)-VitD3]是由肝臟中25羥化酶(CYP2R1、CYP27A1基因編碼)調(diào)節(jié)的，然后25(OH)D3與維生素D結(jié)合蛋白(vitamin-D binding protein，DBP)通過血液循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)到腎臟。在lα-羥化酶(CYP27B1)的調(diào)控下，25-(OH)-VitD3被轉(zhuǎn)化為具有生理活性的1，25-(OH)2-VitD3 (骨化三醇)，1，25-(OH)-VitD3是維生素D的最終活性形式。在DBP轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的載運(yùn)下，經(jīng)血液到達(dá)靶器官與靶器官維生素D受體結(jié)合，發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)。之后24-羥化酶(CYP24A1)滅活機(jī)體內(nèi)的維生素D并排出體外[3]。

2.維生素D的作用：維生素D的主要作用是調(diào)節(jié)鈣和磷的穩(wěn)態(tài)，促進(jìn)骨骼鈣化。另外，研究發(fā)現(xiàn)維生素D具有多重作用，包括在多個靶器官和系統(tǒng)上的自分泌，旁分泌和內(nèi)分泌功能。維生素D的主要靶器官是腸、骨骼系統(tǒng)、腎臟和甲狀旁腺。最近的研究擴(kuò)展了維生素D靶器官的范圍，包括脂肪組織、甲狀腺、免疫系統(tǒng)、胰腺、心血管中樞神經(jīng)系統(tǒng)以及生殖系統(tǒng)[4]。維生素D通過與受體的結(jié)合和激活發(fā)揮其各種生物學(xué)作用。有研究證實睪丸和精子中存在VDR和維生素D代謝酶的表達(dá)。維生素D缺乏對動物或人類的精液和激素功能都有負(fù)面影響。然而關(guān)于維生素D在男性生殖中的作用缺乏共識。

3.VDR與維生素代謝酶的表達(dá)：VDR 在男性生殖系統(tǒng)中廣泛表達(dá)，但表達(dá)水平各不相同，主要在精囊、附睪中表達(dá)。VDR在精子中主要表達(dá)部位為頂體后區(qū)、精子頸部和精子中段，在精子的產(chǎn)生和運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用[5]。維生素D在靶器官中的反應(yīng)依賴于VDR是否表達(dá)及表達(dá)水平的高低[6]，同時也受到維生素D代謝酶的調(diào)節(jié)。維生素D代謝酶主要包括：維生素D激活酶(CYP2R1、CYP27A1、CYP27B1)，維生素D失活酶(CYP24A1)。維生素D激活酶的mRNA在男性睪丸、附睪、前列腺、精囊中均有表達(dá)，但主要在生精細(xì)胞中表達(dá)。CYP24A1同樣在男性生殖器官中廣泛表達(dá)，但在健康男性精子環(huán)中表達(dá)顯著，精子環(huán)位于精子中段的后端，在線粒體鞘最后一圈，是該處質(zhì)膜向內(nèi)轉(zhuǎn)折而成，為哺乳類動物精子所特有。B?llehuus等[7]研究發(fā)現(xiàn)CYP24A1表達(dá)較高的精子成功妊娠的可能性更高(P<0.05)。CYP24A1在精子環(huán)上的表達(dá)可以作為一種新的精液質(zhì)量指標(biāo)和精子功能的客觀替代指標(biāo)。

4.維生素D參與的男性生殖相關(guān)信號通路：維生素D通過調(diào)節(jié)生殖組織中的鈣離子間接影響男性生育能力。鈣離子在男性生殖系統(tǒng)中對精子發(fā)生、精子運(yùn)動、過度激活和頂體反應(yīng)是必不可少的因素[8]。分子研究表明維生素D通過激活位于精子頸部的三磷酸肌醇受體門控的鈣離子通道，增加精子活力和無獲能精子的細(xì)胞內(nèi)鈣濃度，并促進(jìn)膽固醇流出和酪氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸化，加快精子的運(yùn)動并增強(qiáng)頂體酶活性，這是精子獲能的重要能量來源[9]。這些分子通路在精子獲能和頂體反應(yīng)過程中起關(guān)鍵作用。

二、維生素D與男性生殖健康

1.維生素D與男性生殖系統(tǒng)：維生素D缺乏導(dǎo)致VDR信號下調(diào)，抑制睪丸生殖細(xì)胞增殖，影響男性生育能力。有證據(jù)表明，生殖細(xì)胞增殖在睪丸發(fā)育和精子發(fā)生中起著至關(guān)重要的作用，維生素D通過上調(diào)維生素VDR信號，調(diào)節(jié)生殖細(xì)胞增殖和分化[10-11]。近期一項研究也表明維生素D缺乏的小鼠睪丸重量和精子質(zhì)量降低，睪丸生殖細(xì)胞增殖受到抑制[12]。

2.維生素D與睪丸癌：睪丸癌大多數(shù)起源于生殖細(xì)胞，年輕男性群體多見，并對男性生育能力構(gòu)成威脅[13]。關(guān)于維生素D在睪丸癌中的潛在作用研究較少，缺乏流行病學(xué)證據(jù)。有研究證實VDR和維生素D代謝酶在人睪丸原位癌中高表達(dá)，而在侵襲性的腫瘤中表達(dá)降低，維生素D可能通過干擾癌細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，以及血管生成和上皮-間質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，調(diào)節(jié)與癌癥相關(guān)的分子通路[14]。此外有研究表明睪丸癌患者維生素D水平顯著下降，引起一系列并發(fā)癥[15]。對于有生育要求的睪丸癌患者，建議監(jiān)測維生素D水平，補(bǔ)充維生素D可以作為一種輔助手段與化療藥物相結(jié)合，減少化療藥物的使用，保護(hù)生育能力。

3.維生素D與勃起功能：Canguven等[16]對維生素D缺乏的中年男性患者進(jìn)行為期1年的大劑量維生素D治療，結(jié)果顯示維生素D治療可改善中年男性勃起功能。Holland等[17]將受試者根據(jù)血漿25-羥基維生素D水平分為三組：缺乏組(<20 ng/ml)、不足組(20～30 ng/ml)和正常組(>30 ng/ml)，研究發(fā)現(xiàn)維生素D水平與國際勃起功能指數(shù)評分呈正相關(guān)。關(guān)于維生素 D 改善男性勃起功能障礙的具體機(jī)制尚不明確。有研究報道顯示：維生素D通過一氧化氮/環(huán)磷酸鳥苷信號通路，使陰莖海綿體平滑肌松弛，血管充血，促進(jìn)陰莖勃起[18]。鑒于維生素D導(dǎo)致勃起功能障礙作用機(jī)制不明確。今后需要進(jìn)一步要闡明維生素D在男性性功能中的確切機(jī)制。

4.維生素D對精液參數(shù)的影響：近期研究證明維生素D對精子發(fā)生和精子成熟起重要作用[14]。Wadhwa等[19]研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充維生素D 6個月的不育男性及少精癥男性的平均精子濃度和精子活力顯著改善。同樣Sun等[20]研究也發(fā)現(xiàn)低維生素D小鼠模型中精子數(shù)量和活力降低，當(dāng)通過飲食使血清鈣正常化時精液質(zhì)量顯著改善。然而也有一些研究表明維生素D與精子質(zhì)量及形態(tài)并無關(guān)系[21-22]。王家雄等[23]研究發(fā)現(xiàn)維生素D攝入不足對精子質(zhì)量的影響程度并不突出，維生素D對男性生殖的具體影響還有待進(jìn)一步研究。Rudnicka 等[24]研究西班牙198名在校大學(xué)生發(fā)現(xiàn)盡管西班牙男性飲食攝入維生素D量較低，但血清維生素D水平仍保持不變，因此無法證實低維生素D與精液質(zhì)量相關(guān)。雖然維生素D與精子質(zhì)量之間的關(guān)系仍然存在爭議，但是目前研究更加傾向于維生素D缺乏會影響精子質(zhì)量。

三、維生素D與性激素

1.維生素D與睪酮：Chen等[25]對4 257名男性的基因進(jìn)行孟德爾隨機(jī)化分析發(fā)現(xiàn)：調(diào)控維生素D生成的等位基因減少與睪酮水平降低有關(guān)，維生素D與睪酮在生物學(xué)上是相關(guān)的，但是兩者之間的具體關(guān)系有待商榷。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在中國男性中，25-(OH)-VitD3與總睪酮及性激素結(jié)合球蛋白顯著相關(guān)，并且與性腺功能低下癥的高患病率之間存在正相關(guān)。Canguven等[16]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充維生素D能夠顯著提高睪酮水平。然而Heijboer等[27]在對馬來西亞及當(dāng)?shù)厝A裔男性研究中發(fā)現(xiàn)，雖然25-(OH)-VitD3與總睪酮和性激素結(jié)合球蛋白(SHBG)顯著相關(guān)(P<0.05)，但對體重指數(shù)進(jìn)行調(diào)整后，未發(fā)現(xiàn)明確關(guān)聯(lián)性。近期的一項薈萃分析[28]也顯示補(bǔ)充維生素D不能提高男性的睪酮水平。這些差異可能與不同的研究設(shè)計和研究對象有關(guān)。而且有研究認(rèn)為肥胖會影響男性生育能力，可能與脂質(zhì)代謝障礙導(dǎo)致的睪丸間質(zhì)細(xì)胞功能不全有關(guān)。維生素D與睪酮的劑量-反應(yīng)關(guān)系同樣存在分歧。來自歐洲[29]和美國[30]的兩項大型多中心橫斷面研究表明，25-(OH)-VitD3濃度與雄激素水平呈正相關(guān)即線性關(guān)系。而Karras等[21]發(fā)現(xiàn)兩者之間不存在線性關(guān)系，維生素D與睪酮可能呈倒“U”型關(guān)系。目前關(guān)于兩者之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系是線性關(guān)系或“U”型關(guān)系有待明確，出現(xiàn)分歧的原因可能與樣本大小、年齡、種族以及統(tǒng)計方法不同有關(guān)，需要進(jìn)一步研究。

維生素D對睪酮產(chǎn)生影響的分子機(jī)制目前尚不清楚。目前有以下兩種猜測：(1)維生素D可能通過調(diào)控睪酮合成的相關(guān)基因發(fā)揮作用，Hirai等[31]對補(bǔ)充維生素D后的小鼠睪丸進(jìn)行特異性cDNA微陣列分析后發(fā)現(xiàn)，在2 483個睪丸特異基因中，有19個基因表達(dá)上調(diào)。在這些基因中，最主要的是ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1(ATP-binding cassette transport protein A1，ABCA1)。ABCA1基因是調(diào)節(jié)細(xì)胞膽固醇穩(wěn)態(tài)的基因，在睪丸支持細(xì)胞中高表達(dá)，影響男性的生育能力；Hofer等[32]首次對人類睪丸進(jìn)行基因芯片分析發(fā)現(xiàn)維生素D顯著增加了人類原代睪丸細(xì)胞培養(yǎng)模型中63個生殖基因表達(dá)及睪酮的合成。(2)可能通過間接調(diào)控骨鈣素進(jìn)而影響睪酮水平[31]。關(guān)于維生素D與睪酮之間的分子機(jī)制存在許多假設(shè)，需要進(jìn)一步研究進(jìn)行明確。

2.維生素D與雌二醇：維生素D與雌二醇之間的關(guān)系同樣存在爭議。動物研究發(fā)現(xiàn)VDR基因敲除的雄性小鼠出現(xiàn)精子數(shù)量減少和活力降低，性腺發(fā)育不良及功能低下[33]。小鼠性腺中芳香化酶(P450arom)活性降低，編碼P450arom的基因CYP19表達(dá)受到抑制，P450arom是雌激素生物合成的關(guān)鍵酶，主要影響雌激素水平。維生素D可能通過誘導(dǎo)調(diào)控雌二醇相關(guān)基因間接發(fā)揮作用。然而也有研究者得出不同結(jié)論，認(rèn)為維生素D與雌二醇之間并無顯著相關(guān)性[17，22，34]，補(bǔ)充維生素D不能提高體內(nèi)雌二醇水平[35]。近期的一項研究卻發(fā)現(xiàn)維生素D缺乏的年輕男性的總雌二醇和游離雌二醇濃度高于維生素D水平較高的男性[36]。

3.維生素D與抗苗勒管激素(anti-Mullerian hormone，AMH)、抑制素-B(INH-B)及多肽激素胰島素樣3(INSL3)：目前關(guān)于維生素D與AMH及 INH-B、INSL3的研究較少。AMH主要由睪丸未成熟的支持細(xì)胞產(chǎn)生，調(diào)控AMH基因的啟動子中存在VDR，多項國內(nèi)外研究表明精漿AMH 水平與精子密度、活動率呈正相關(guān)，AMH水平的高低可以反映男性生育能力的高低，可以作為衡量男性生育力的指標(biāo)之一[37-39]。一項隊列研究[40]表明成年男性血清維生素D與AMH呈正相關(guān)，對于未成年男性，兩者之間無顯著相關(guān)性。然而也有研究者觀察到當(dāng)維生素D濃度達(dá)30 ng/mL時，AMH與維生素D之間的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)[41]。兩者之間的具體關(guān)系還需進(jìn)一步研究。INH-B主要由支持細(xì)胞產(chǎn)生并受生殖細(xì)胞增殖狀態(tài)的影響，且與精子數(shù)成正比。INSL3由間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，通過自分泌作用調(diào)節(jié)睪酮的產(chǎn)生，并通過旁分泌作用調(diào)節(jié)精子發(fā)生[6]；維生素D與INSL3及INH-B之間的關(guān)系目前沒有明確的報道，還有待進(jìn)一步研究。

四、總結(jié)

綜上所述，維生素D與男性生育能力存在密切聯(lián)系。雖然在動物和人類中的現(xiàn)有研究表明，維生素D對男性不育、性激素、睪丸癌、勃起功能、精子質(zhì)量作用存在爭議，并且它們之間分子機(jī)制不太明確，但總體來說，維生素D對男性生育能力是有益的。臨床上應(yīng)該注重監(jiān)測不育男性的維生素D水平，對于維生素D缺乏的弱精子癥患者可以嘗試補(bǔ)充維生素D，進(jìn)一步提高生育能力。未來的研究需要更好地闡明維生素D對男性不育的影響，為輔助生殖技術(shù)優(yōu)選精子提高妊娠率提供新思路。