人精子魚精蛋白與畸形精子的相關(guān)性

陳小均，賈玉森，張志杰

男性不育癥是男科臨床常見疾病，大約15%的夫婦因在1年內(nèi)無法生育而尋求治療，其中50%與男性因素有關(guān)[1]?；尉影Y是男性不育癥的常見類型；國內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在男性不育癥患者中畸形精子癥的發(fā)生率約為26.26%～51.60%[2]?；尉影Y的病因復(fù)雜，影響因素較多。人類精子中的魚精蛋白（protamine，PRM）作為精子變形期與成熟期的重要蛋白，在精子核染色質(zhì)凝集過程中發(fā)揮重要作用，與精子形態(tài)關(guān)系密切，近年來成為研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)就近年來人精子魚精蛋白與畸形精子癥的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，以期為畸形精子癥的治療及研究提供方向。

1 魚精蛋白概述

魚精蛋白又稱精核蛋白，是一種富含精氨酸的堿性蛋白，根據(jù)氨基酸的組成及序列可分為兩類，一類是PRM1，另一類稱為PRM2家族，包含PRM2、PRM3和PRM4。PRM1存在于所有脊椎動(dòng)物精子細(xì)胞中，PRM2主要存在于哺乳動(dòng)物精子細(xì)胞中。人魚精蛋白是在精子發(fā)生過程中形成的；在精子細(xì)胞變形及精子成熟過程中，核內(nèi)的組蛋白首先轉(zhuǎn)換成過渡蛋白，接著精子細(xì)胞新合成的精核蛋白取代了過渡蛋白，形成成熟精子內(nèi)的精核蛋白，促使精子中的核基質(zhì)與核蛋白之間的結(jié)合更緊密，從而使核內(nèi)染色質(zhì)高度富集、濃縮，防止精子基因組因內(nèi)部或外部因素而誘發(fā)突變；魚精蛋白富含精氨酸，所帶正電荷和DNA負(fù)電荷緊密結(jié)合，并且魚精蛋白分子與細(xì)胞內(nèi)核分子通過半胱氨酸形成二硫鍵廣泛交聯(lián)，促使圓形精子細(xì)胞變?yōu)殚L形精子細(xì)胞，最終演變?yōu)槌墒炀覽3]。若魚精蛋白的生物合成受阻，精子核蛋白組型會(huì)發(fā)生變化，精子不能充分分化成熟，導(dǎo)致精子頭部異常的精子畸形。

文獻(xiàn)中，對魚精蛋白的檢測方法有：色霉素A3染色法，魚精蛋白異常的精子被著色，觀察陽性精子數(shù)量[4]；苯胺藍(lán)染色法，觀察魚精蛋白成熟度，小于70%被認(rèn)為是異常[5]；還有直接電泳法、聚合酶鏈反應(yīng)（PCR）檢測魚精蛋白mRNA表達(dá)、魚精蛋白基因測序等。所有這些檢測方法，目前尚無公認(rèn)的參考范圍，常用的方法為與正常組或空白對照組比較，評價(jià)有無差異。

2 魚精蛋白異常與精子畸形

近年來國內(nèi)外對魚精蛋白與男性不育癥之間的關(guān)系進(jìn)行了較多的研究。在男性不育患者中，發(fā)現(xiàn)魚精蛋白與精子畸形關(guān)系密切，魚精蛋白異常增加精子畸形。Darmishonnejad等[6]研究發(fā)現(xiàn)，不育癥患者的精子畸形率增加，魚精蛋白缺陷率增加。楊雪梅等[7]對不育癥患者按魚精蛋白成熟度進(jìn)行分類，魚精蛋白成熟度≥70%組和＜70%組正常形態(tài)精子百分率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[（6.71±3.29）%vs.（5.38±3.24）%，t=1.196，P=0.000]，且魚精蛋白成熟度和正常形態(tài)精子百分率呈弱正相關(guān)（r=0.26，P=0.00）。Utsuno等[8]使用色霉素A3染色法染色精子，魚精蛋白缺陷的精子著色為熒光綠的精子，計(jì)數(shù)200個(gè)，計(jì)算魚精蛋白缺陷率；魚精蛋白缺陷的精子頭部大小、形態(tài)異常率明顯上升；在精子核區(qū)有空泡的精子中，魚精蛋白缺陷更為常見；頭部異常精子的魚精蛋白缺陷率更高。有研究發(fā)現(xiàn)，胞漿內(nèi)單精子注射（ICSI）失敗的患者，組蛋白與精子形態(tài)異常率呈正相關(guān)（r=0.54，P=0.02），與魚精蛋白缺陷率呈正相關(guān)（r=0.60，P=0.01），與脂質(zhì)過氧化強(qiáng)度呈正相關(guān)（r=0.60，P=0.01）；魚精蛋白缺陷率與脂質(zhì)過氧化強(qiáng)度呈正相關(guān)（r=0.50，P=0.03）[9]。與正常人比較，海洛因成癮者的精子畸形率增高[（88.12±5.10）%vs.（6.67±2.68）%，P＜0.01]、魚精蛋白異常率增高[（32.33±10.89）% vs.（5.56±0.85）%，P＜0.05）][10]。

畸形精子的魚精蛋白異常率增加。在錐形頭精子中魚精蛋白缺陷率明顯增加，染色質(zhì)異常率和精子凋亡增加[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，重度畸形精子癥患者的總組蛋白/總堿性蛋白（TH/TP）、1型精核蛋白/2型精核蛋白（TNBP1/TNBP2）、TP/TNBP2值高于健康男性，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）[11]。短尾精子組魚精蛋白缺陷率比正常精子組增加[（22.6±6.9）%vs.（16.3±4.2）%，P＜0.05][12]。對一個(gè)無定型頭精子畸形家族的研究發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)凝聚異常，組蛋白-魚精蛋白轉(zhuǎn)換異常[13]。但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，魚精蛋白缺陷率雖然在少弱畸精組與正常組存在差異，但與畸形精子無關(guān)[14]。其原因可能是不同學(xué)者間的樣本來源、含量不同。

可見多數(shù)學(xué)者認(rèn)為魚精蛋白缺陷與精子畸形有關(guān)，特別是精子頭部畸形；畸形精子中魚精蛋白缺陷率增加，魚精蛋白缺陷能增加精子畸形的發(fā)生率，兩者關(guān)系密切。

3 魚精蛋白基因表達(dá)與精子畸形

編碼魚精蛋白的基因定位于16號(hào)染色體短臂（16p13.3），有研究認(rèn)為魚精蛋白表達(dá)情況可做為分子標(biāo)記預(yù)測精子質(zhì)量[15]，多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)魚精蛋白表達(dá)水平與畸形精子關(guān)系密切。在暴露于酚甲烷A的大鼠中，可發(fā)現(xiàn)精子畸形率增加，PRM2表達(dá)下降[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，重度畸形精子癥患者的PRM1/PRM2值比健康男性明顯增高[（2.26±0.96）vs.（0.93±0.10），P＜0.05][11]。與正常生育男性比較，在復(fù)發(fā)性流產(chǎn)患者的配偶中，PRM1、PRM2表達(dá)下降，PRM1/PRM2值增高，精子正常形態(tài)率降低 [（2.35±0.21）% vs.（8.75±0.35）%，P＜0.01]；經(jīng)治療后PRM1、PRM2表達(dá)上調(diào)，精子正常形態(tài)率升高[（6.35±0.67）%vs.（2.35±0.21）%，P＜0.05][17]。有研究發(fā)現(xiàn)，正常男性PRM1和PRM2的mRNA表達(dá)的比值約為0.85～1.30，這個(gè)值低于0.85或高于1.30與男性不育癥有關(guān)[18]。對23例輔助生殖技術(shù)（ART）失敗患者的研究發(fā)現(xiàn)，16例低于0.85，7例高于1.30，認(rèn)為異常的PRM1和PRM2的mRNA比值與ART失敗密切相關(guān)[19]。與不吸煙男性比較，吸煙男性精子形態(tài)正常率降低[（13.06±16.52）%vs.（17.58±16.19）%，P=0.00]，魚精蛋白表達(dá)量下降[（19.80±2.80）vs.（21.99±3.24），P＜0.05）]，PRM1/PRM2與精子形態(tài)正常率呈弱負(fù)相關(guān)（r=－0.29，P=0.00）[20]。有研究發(fā)現(xiàn)精子發(fā)生過程的形態(tài)變化與組蛋白-魚精蛋白轉(zhuǎn)換密切相關(guān)；魚精蛋白翻譯后修飾與組蛋白-魚精蛋白轉(zhuǎn)換有關(guān)[21]。這些均提示在畸形精子中魚精蛋白表達(dá)下調(diào)。但孫昌瑞等[22]以GAPDH為內(nèi)對照，采用熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)（FQ-PCR）檢測30例體檢健康組、83例少精子癥組、61例畸形精子癥組患者的精子PRM1和PRM2的mRNA表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)畸形精子癥組與體檢健康組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。之所以出現(xiàn)不同觀點(diǎn)，可能原因?yàn)檠芯繖C(jī)制不同（有的文獻(xiàn)檢測的是魚精蛋白mRNA，有的研究檢測的是魚精蛋白基因序列異常），還有可能是檢測的樣本含量不同。

對正常精子和畸形精子魚精蛋白表達(dá)的研究發(fā)現(xiàn)，畸形精子PRM1表達(dá)下降[（0.77±0.25）vs.（1.02±1.83），P＜0.001]、PRM2表達(dá)下降[（0.05±0.16）vs.（1.34±2.38），P＜0.001]、PRM1/PRM2升高[（10.69±33.73）vs.（1.06±0.61），P＜0.01）]，PRM1、PRM2及PRM1/PRM2影響精子的發(fā)生和成熟精子的功能。PRM2的表達(dá)量與正常精子形態(tài)率呈正相關(guān)（r=0.681，P＜0.000 1），PRM2低表達(dá)增加精子畸形率[23]。不育癥患者的組蛋白和魚精蛋白表達(dá)量比值與正常形態(tài)精子率呈負(fù)相關(guān)（r=－0.47，P＜0.01）[24]。敲除小鼠PRM1或PRM2基因后，小鼠精子形態(tài)異常、生育力嚴(yán)重低下[25]。這些提示魚精蛋白表達(dá)下調(diào)后，精子畸形增加。

由以上可看出，PRM1和PRM2的表達(dá)均與精子形態(tài)密切相關(guān)，在畸形精子癥患者中魚精蛋白表達(dá)下調(diào)；而魚精蛋白表達(dá)下調(diào)會(huì)增加精子畸形率。

4 魚精蛋白基因多態(tài)性與精子畸形

在不同人群中，單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）分布存在差異，SNP可反映出個(gè)體表型的差異，個(gè)體對疾病易感性的差異，對藥物、環(huán)境因素反應(yīng)的差異。因此，研究SNP有助于解釋不育個(gè)體的表型差異、不同群體和個(gè)體對男性不育易感性以及對各種藥物和環(huán)境因素反應(yīng)的差異[26]。

對漢族不育患者的研究發(fā)現(xiàn)，PRM1基因C321A位點(diǎn)AA基因型頻率顯著高于生育男性（P＜0.01），分析顯示AA基因型與男性不育癥的遺傳易感性明顯相關(guān)（OR=4.24，95%CI：1.33～13.51），AA基因型患者精子正常形態(tài)比例等參數(shù)明顯下降（P＜0.05）[27]。在畸形精子癥患者中，對PRM1基因rs2301365位點(diǎn)進(jìn)行基因分型，發(fā)現(xiàn)病例組AA基因型分布頻率高于對照組（P＜0.05），提示PRM1基因rs2301365位點(diǎn)可能與中國漢族畸形精子癥男性不育存在相關(guān)性[28]。不育癥患者的PRM2基因G398C位點(diǎn)CC基因型頻率高于生育正常男性，分析顯示CC基因型與男性不育的遺傳易感性明顯相關(guān)（OR=2.002，95%CI：1.097～3.653，P＜0.05），CC基因型患者精子DNA完整性、核蛋白成熟度等精子功能參數(shù)明顯下降[29]。對伊朗畸形精子癥患者的研究發(fā)現(xiàn)，PRM2基因位點(diǎn)G398C和A473C多態(tài)性與畸形精子相關(guān)（P=0.001），認(rèn)為這一多態(tài)性涉及精子質(zhì)量、精子凋亡及精子形態(tài)[30]。意大利人群研究發(fā)現(xiàn)，PRM1基因C230A位點(diǎn)CA基因型和PRM2基因C373A位點(diǎn)CA基因型在畸形精子癥患者低于其他組（畸形精子組37%，正常組47%，少精組64%），PRM2基因G298C位點(diǎn)GC基因型在畸形精子癥中高于其他組（畸形精子組63%，正常組49%，少精組48%）[31]。魚精蛋白基因多態(tài)性研究的Meta分析發(fā)現(xiàn)，在所有的模型中PRM1基因rs2301365位點(diǎn)均為男性不育癥的危險(xiǎn)因素，會(huì)使男性罹患不育癥的風(fēng)險(xiǎn)增加27%～66%；PRM1基因rs737008位點(diǎn)和PRM2基因rs1646022位點(diǎn)在亞洲人中是男性罹患不育癥的保護(hù)因素；PRM1/PRM2比值也與男性不育癥存在強(qiáng)相關(guān)性；PRM2表達(dá)量異常會(huì)影響精子所帶負(fù)電荷的電荷量，影響精子染色質(zhì)凝聚與穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致DNA損傷，增加罹患不育癥的風(fēng)險(xiǎn)；提示PRM1和PRM2表達(dá)量與精子發(fā)生存在密切關(guān)系[32]。

由以上可看出，在畸形精子癥患者中魚精蛋白基因多態(tài)性增加，在存在魚精蛋白基因多態(tài)性的患者中，特別是PRM1基因rs2301365位點(diǎn)和PRM2基因G398C位點(diǎn)，魚精蛋白表達(dá)異常，畸形精子率增加，與漢族男性不育密切相關(guān)。針對目前研究較多的魚精蛋白基因多態(tài)性與精子畸形的關(guān)系，可增加檢測位點(diǎn)及基因型，明確畸形精子癥的易感基因型或單體型，將已明確的基因型或單體型作為分子遺傳標(biāo)記行分子診斷，用流行病學(xué)調(diào)查方法，明確高危人群及高危環(huán)境因素，對高危人群提出預(yù)防措施，如有研究發(fā)現(xiàn)吸煙可降低PRM1和PRM2的表達(dá)[20]；還可以對患病危險(xiǎn)程度進(jìn)行評估，可檢測不同基因型或單體型對藥物的反應(yīng)差異，為個(gè)體化治療提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

5 魚精蛋白異常的治療方案

魚精蛋白與不育癥關(guān)系密切，學(xué)者們也進(jìn)行了一些干預(yù)研究。西醫(yī)藥方面，謝金龍等[33]分別采用左卡尼汀口服液聯(lián)合他莫昔芬和維生素E軟膠囊治療不育癥，療程為3個(gè)月，發(fā)現(xiàn)均能提高精核蛋白成熟率，并且左卡尼汀口服液聯(lián)合他莫昔芬的治療優(yōu)于單用維生素E軟膠囊[（14.6±6.7）%vs.（12.6±4.9）%，P＜0.01]。Hamidian等[17]采用維生素C治療不育癥，250 mg/d，療程3個(gè)月，治療后精子形態(tài)、魚精蛋白缺陷得到改善，PRM1和PRM2的mRNA表達(dá)上調(diào)，PRM1/PRM2的比值改善，提示維生素C可增加魚精蛋白基因的表達(dá)。Hashemi等[34]觀察化療藥物（博來霉素、依托泊安、順鉑）對大鼠精子魚精蛋白轉(zhuǎn)化率的影響，發(fā)現(xiàn)奧米茄3（Omega3）對大鼠精子魚精蛋白轉(zhuǎn)換具有保護(hù)作用，與對照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。外源性瘦素的攝入可影響魚精蛋白轉(zhuǎn)換[35]，若同時(shí)服用褪黑素則可以阻止瘦素的這種不良反應(yīng)[36]。在一項(xiàng)有氧運(yùn)動(dòng)、低脂和高脂飲食對肥胖和非肥胖模型小鼠睪丸組織和精子參數(shù)的影響研究中發(fā)現(xiàn)，有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)可顯著改善肥胖組小鼠魚精蛋白缺陷率（P＜0.05）[37]。

中醫(yī)藥方面，王旭初等[38]采用育子丸治療精核蛋白異常的不育癥患者，療程3個(gè)月，治療后精子精核蛋白水平提高，TH/TP比例下降[（0.72±0.32）vs.（1.34±0.52）]，而且精核蛋白構(gòu)成改善，與治療前比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。丁彩飛等[39]觀察精靈口服液對腺嘌呤所致大鼠精核蛋白異常的影響，療程為30 d，發(fā)現(xiàn)精靈口服液可提高大鼠精子精核蛋白的含量（模型組34 295±2 446 vs.治療組39 359±2 735，P＜0.05），降低總組蛋白與精核蛋白的比值，改善大鼠睪丸、附睪內(nèi)精子細(xì)胞的核蛋白構(gòu)成；認(rèn)為精靈口服液可促進(jìn)精核蛋白的合成，糾正組蛋白-精核蛋白取代反應(yīng)（histone-protamine replacement reaction，HPRR）阻滯。葛斌等[40]觀察淫羊藿苷對腺嘌呤模型大鼠精核蛋白作用的影響，療程為30 d，發(fā)現(xiàn)淫羊藿苷高劑量組（3.6 g/kg組）可提高精核蛋白相對含量（41 782±2 147 vs.32 360±1 217，P＜0.05），改善大鼠精子質(zhì)量。

另外也有學(xué)者采用中西結(jié)合的治療方法，如楊光等[41]選取畸形精子癥患者，以復(fù)方玄駒膠囊聯(lián)合胰激肽原酶治療與單用胰激肽原酶治療對照，復(fù)方玄駒膠囊3粒/次，胰激肽原酶120 U/次，均為3次/d，療程為3個(gè)月；經(jīng)治療后2組患者的正常形態(tài)精子百分率[聯(lián)合用藥組（20.77±3.05）%vs.單藥組（17.05±2.08）%]及核蛋白組型轉(zhuǎn)換率[聯(lián)合用藥組（9.05±1.03）%vs.單藥組（13.77±2.77）%]均得到明顯改善，提示用藥后正常精子百分率升高，精子核蛋白轉(zhuǎn)換率降低，聯(lián)合用藥組療效優(yōu)于單藥組（P＜0.05）。

從以上可看出，無論是西醫(yī)還是中醫(yī)，都對魚精蛋白異常的治療方案進(jìn)行了探索，西醫(yī)主要從抗氧化方面進(jìn)行治療，中醫(yī)從補(bǔ)腎、活血、利濕等方面進(jìn)行治療，取得了一定療效；但研究主要為增加魚精蛋白表達(dá)、增加魚精蛋白含量，未見有對魚精蛋白基因多態(tài)性的干預(yù)研究。

6 結(jié)語

魚精蛋白作為精子變形期與成熟期的重要蛋白，對精子的形態(tài)有著重要作用。大部分研究認(rèn)為魚精蛋白含量異常，魚精蛋白表達(dá)異常及魚精蛋白的基因多態(tài)性，均可出現(xiàn)精子形態(tài)異常，降低患者生育力。在畸形精子癥患者中可出現(xiàn)魚精蛋白缺陷、魚精蛋白表達(dá)異常及魚精蛋白的基因多態(tài)性，提示魚精蛋白異常為畸形精子癥的重要影響因素。故推測，魚精蛋白多態(tài)性下調(diào)了魚精蛋白表達(dá)，降低魚精蛋白含量，在精子變形期使染色質(zhì)濃縮異常，從而出現(xiàn)畸形精子。有學(xué)者采用抗氧化治療方案及中醫(yī)補(bǔ)腎利濕活血的治療方案，獲得一定療效，但研究均較為單一、樣本量均較少、隨機(jī)對照研究較少、基礎(chǔ)研究較少，仍需要進(jìn)一步研究，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，為畸形精子癥患者提供有效治療方案及依據(jù)。