微量元素硒和相關(guān)硒蛋白與男性精子質(zhì)量的研究進(jìn)展

朱嘉輝 劉佩意 程錦泉*

1.鄭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院（河南鄭州 450001）；2.深圳市疾病預(yù)防控制中心（廣東深圳 518055）

我國二胎政策的開放，對于希望孕育二胎的家庭來說意義重大。但由于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，人們生活習(xí)慣、飲食習(xí)慣的改變，男性精子質(zhì)量呈逐年下降趨勢[1]。精子質(zhì)量受損是男性不育的主要原因，根據(jù)目前的數(shù)據(jù)顯示，2015年我國育齡夫婦不孕不育發(fā)生率高達(dá)12.5%～15%，其中由于男性因素導(dǎo)致的不育占30%～50%[2]。國內(nèi)外相關(guān)研究表明，機(jī)體內(nèi)硒水平異常導(dǎo)致的精子發(fā)生過程障礙是精子質(zhì)量受損的重要因素。硒作為一種人體的必需微量元素，廣泛存在于環(huán)境及飲食中，它是維持正常精子發(fā)生和男性生育的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。睪丸是硒的靶向作用器官[3,4]，硒低于或高于所需水平均可導(dǎo)致精子成熟的破壞，造成精子質(zhì)量下降和男性生育能力下降。具有受精功能的精子，需要在附睪中經(jīng)歷精子成熟的過程。在這個過程中，活性氧（Reactive Oxygen Species：ROS）發(fā)揮著重要作用，但是過量的ROS產(chǎn)生會導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，最終損傷精子[3]。睪丸中相關(guān)硒蛋白具有抗氧化酶活性，能有效減少脂質(zhì)過氧化對精子造成的損失。本文從影響男性不育的主要原因之一——精子質(zhì)量下降出發(fā)，綜述硒對精子質(zhì)量影響的流行病學(xué)研究，硒蛋白在精子發(fā)生、成熟等過程中的重要性，硒和硒蛋白與精子質(zhì)量之間的關(guān)系。

一、硒的生化特性及其主要作用

硒早期被認(rèn)為是一種有毒元素，經(jīng)過之后一百多年的研究發(fā)現(xiàn)，適量的硒對人體生命至關(guān)重要[5]。如今，硒是公認(rèn)的人體健康所必須的微量元素，但是過量的硒攝入又會引起硒中毒。硒以有機(jī)硒（硒蛋氨酸、硒代半胱氨酸等）和無機(jī)硒（亞硒酸鈉等）的形式被人體吸收利用，且有機(jī)硒的吸收率比無機(jī)硒高[6]。

對于人體來說，硒主要通過飲食攝入，還有少量來源于飲用水。其富硒物質(zhì)主要是：谷類產(chǎn)品、海鮮、西蘭花、大蒜、雞蛋、堅(jiān)果、酵母、蘿卜甘藍(lán)等。雖然在動物性產(chǎn)品中也發(fā)現(xiàn)了大量的硒，但是人體硒的最佳來源是小麥和其它植物性產(chǎn)品[7]。人體硒營養(yǎng)狀態(tài)的評估，可以通過測定尿液、血液、指甲和頭發(fā)中硒的含量，其血液中血清或血漿硒可以用來反映短期狀態(tài)，紅細(xì)胞硒反映長期狀態(tài)[8]。由于各人群的平均攝入量和硒在體內(nèi)狀態(tài)的差異，硒的推薦攝入量在各國之間略有不同，成年人的推薦量從日本的40-55μg/d到英國的75μg/d不等。

硒作為硒蛋白的重要組成部分，可激活抗癌因子，預(yù)防心血管系統(tǒng)疾病，并具有抗增殖和抗炎活性[9,10]。硒還作為抗氧化酶的重要組成成份，保護(hù)細(xì)胞免受脂質(zhì)過氧化導(dǎo)致的損傷，其保護(hù)作用主要來自于谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和硫氧還蛋白還原酶（TrxRs）活性中心[11]。

二、硒與精子質(zhì)量的研究

人類精子發(fā)生、線粒體活性和精子獲能等過程會產(chǎn)生活性氧[12]，但是過量的ROS產(chǎn)生會導(dǎo)致精液中氧化劑和抗氧化劑失衡，發(fā)生氧化損傷[13]，因此ROS在男性不育癥病因中具有重要的病理生理意義[14]。脂質(zhì)過氧化的重要標(biāo)志物是丙二醛（MDA），該副產(chǎn)物已用于生化檢測，以監(jiān)測精子發(fā)生的過氧化損傷程度。這種檢測結(jié)果與精子功能受損的程度有很強(qiáng)的相關(guān)性[15]，高水平的MDA表明脂質(zhì)過氧化率增加，引起精子功能紊亂，如精子活率、運(yùn)動力受損等，降低生育率[15,16]。

因此，硒作為人體精子中的一種小分子清除劑，對人體精子氧化損傷具有保護(hù)作用，能抵抗精子免受過量ROS損傷。硒還是睪丸發(fā)育、精子發(fā)生、精子運(yùn)動的重要元素[17]。硒是許多重要蛋白質(zhì)和酶中的必需元素，在精子發(fā)生和雄性生殖中起著重要作用[18]。

（一）硒與精子活力

精子活力即指精子的活動力，只有活動力較強(qiáng)的精子才可能具有正常的生存能力和受精能力。評價精子的運(yùn)動參數(shù)有平均路徑速度（VAP）、曲線運(yùn)動速度（VCL）、直線速度（VSL）、頭部側(cè)擺幅度(ALH)、線性指數(shù)(LIN)等。精漿金屬與運(yùn)動參數(shù)的關(guān)聯(lián)性研究表明，精漿硒濃度與VAP、VCL呈負(fù)相關(guān)[19]。

弱精子癥是指前向運(yùn)動的精子＜32%的病癥，主要表現(xiàn)為精子活力下降。導(dǎo)致弱精子癥的因素有很多，如附睪、輸精管、精囊和前列腺等生殖道或生殖腺體的急慢性炎癥、內(nèi)分泌激素的紊亂、常染色體和性染色體畸變、還有微量元素缺乏或過量、與精子運(yùn)動有關(guān)的酶類缺乏或酶活性降低及不良生活習(xí)慣（吸煙、飲酒）均可導(dǎo)致精子活力下降。

大多數(shù)研究表明，弱精子癥患者精漿和精子中的丙二醛（MDA）和脂肪酸氧化物顯著高于正常生育力個體[20]，且總抗氧化能力（TCA）顯著低于正常生育力男性[21]。Subramanian V等對印度哥印拜陀87名亞生育和23名正常生育力男性精液質(zhì)量研究發(fā)現(xiàn)，亞生育組平均MDA水平顯著高于正常生育力組，總抗氧化能力低于正常生育力組；且精漿MDA水平與精液參數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即精漿MDA水平越高，精液參數(shù)異常程度越高[22]。Atig F等[23]對60例正常生育力和74例患弱精子癥的突尼斯人精液進(jìn)行分析，弱精子癥男性精漿脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA水平顯著高于正常生育力組，且發(fā)現(xiàn)MDA含量與精子活力呈負(fù)相關(guān)，與精子異常比例呈正相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)，正常生育力組精漿硒含量顯著高于不育組。我國相關(guān)研究也表明，弱精子癥患者精液硒含量顯著低于正常生育力男性，奚寶珊[24]對165例男性精液質(zhì)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，精漿中硒濃度與精子活動率呈正相關(guān)；弱精子癥組精子活力、GSH（谷胱甘肽）濃度明顯低于正常組。

相關(guān)研究表明，補(bǔ)硒可以降低精子脂質(zhì)過氧化損傷。Ghafarizadeh AA等[25]對50名弱精子癥的伊朗男性精液進(jìn)行體外培養(yǎng)，每個樣本均分為兩份，實(shí)驗(yàn)組用2μg/ml的硒孵育。研究發(fā)現(xiàn)，硒處理后精子活率、運(yùn)動力及線粒體膜電位均有所提升，且MDA含量及DNA碎片率有所下降，表明硒可以改善精子氧化損傷并提升精子質(zhì)量。我國相關(guān)臨床研究也表明，補(bǔ)硒有助于提升弱精子癥的精子活力，劉小培等[26]對75例患者進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)干預(yù)，與治療前相比，治療后患者精子活力、前向性運(yùn)動精子百分率均顯著提升。王濤等[27]對46例少弱精患者進(jìn)行臨床補(bǔ)硒干預(yù)，發(fā)現(xiàn)精子活力、精子活動率均有顯著提升。

（二）硒與精子計(jì)數(shù)

精子計(jì)數(shù)可以反映睪丸的生精機(jī)能。少精子癥是指精液參數(shù)中精子濃度＜15×106/mL，其他參數(shù)正常的病例。其導(dǎo)致少精子癥的因素有很多，如內(nèi)分泌紊亂，生殖系統(tǒng)的特異性和非特異性感染，精索靜脈曲張，Y染色體缺失等遺傳因素，微量元素、氨基酸、維生素缺乏等營養(yǎng)因素，長期接觸高溫、從事放射職業(yè)、接觸化學(xué)毒物等環(huán)境因素，長期飲酒、抽煙等不良生活習(xí)慣，均可損傷生精功能，導(dǎo)致少精子癥。

Atig F等[23]對60例可育和56例患少精子癥的突尼斯人精液進(jìn)行分析，少精子癥男性精漿脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA水平顯著高于正常生育力組，且精子計(jì)數(shù)（9.56±6.51）×106/mL顯著低于正常生育力對照組（75.86±23.83）×106/mL（P＜0.001）。Akinloye O等[28]對尼日利亞男性特發(fā)性不育患者的硒狀況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，少精子癥患者血清硒和精漿硒含量均低于對照組，且血清硒水平與精子數(shù)量呈負(fù)相關(guān)。Ben Abdallah F等[29]的研究表明，少精子癥患者精漿MDA含量顯著高于正常組，且精子MDA濃度與精子濃度呈負(fù)相關(guān)。我國相關(guān)研究也表明，少精子癥患者的精子數(shù)量顯著降低。奚寶珊[24]對165例男性精液質(zhì)量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，正常組精子濃度（77.53±11.16）×106/mL顯著高于少精子癥組（8.99±3.03）×106/mL。

臨床研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)硒有助于提升精子濃度，改善精子質(zhì)量。王濤等[27]對46例少弱精患者進(jìn)行臨床補(bǔ)硒干預(yù)，發(fā)現(xiàn)治療后精子濃度有顯著提升。

（三）硒與精子形態(tài)

精子形態(tài)分為正常形態(tài)和異常形態(tài)，其形態(tài)與精子受精能力有關(guān)，正常形態(tài)精子比例越高越好。畸形精子是指精子頭、體、尾的形態(tài)變異，頭部畸形包括巨大頭、無定形、雙頭等；體部畸形包括體部粗大、折裂、不完整等；尾部畸形包括卷尾、雙尾、缺尾等。畸形精子癥是指正常形態(tài)精子＜4%。造成精子畸形的因素有很多，如生殖道和生殖腺體的病原微生物感染，精索靜脈曲張，有毒化學(xué)物質(zhì)接觸等環(huán)境因素，Y染色體微缺失、常染色體結(jié)構(gòu)畸變等遺傳因素，其他因素包括：吸煙飲酒等不良生活習(xí)慣，微量元素、氨基酸和維生素缺乏，均能導(dǎo)致畸形精子比例升高。

Nenkova G等[30]對保加利亞男性精子質(zhì)量及微量元素分析發(fā)現(xiàn)，畸形精子癥患者的精子計(jì)數(shù)、精子活動率低于正常生育對照者，病理形態(tài)精子比例顯著高于正常生育對照者；硒含量（61.98±6.38μg/L）顯著低于正常精子組（72.00±3.86μg/L），由于微量元素硒含量顯著下降，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量（2.57±0.20nmol/mL）高于正常精子組（0.92±0.06nmol/mL）。同樣Atig F等[23]對60例畸形精子患者和正常生育男性精液進(jìn)行分析也得到相似的結(jié)果，畸形精子癥患者精子計(jì)數(shù)顯著低于正常生育組，異常形態(tài)精子比例（81.79±11.49%）顯著高于可育組（60.90±13.28%）。我國對畸形精子癥患者的研究也有相同的結(jié)果，奚寶珊[24]對由于精子畸形導(dǎo)致不育的男性進(jìn)行精液分析，精子畸形組精子活力低于正常組，且精液中抗氧化劑濃度：硒和GSH顯著低于正常組。

（四）硒與其它指標(biāo)

頂體酶作為一種受精過程中必不可少的酶，是反應(yīng)精子功能的重要指標(biāo)。相關(guān)研究表明，不育組精子頂體酶活性低于正常生育組[31]；且頂體酶活性與相關(guān)精液參數(shù)呈正相關(guān)，如精子頂體酶活性與精子濃度、精子正常形態(tài)比例、精子活動力等呈正相關(guān)，這些精液參數(shù)能精確的反應(yīng)精子質(zhì)量[32]。相關(guān)臨床研究表明，補(bǔ)硒可以提升精液質(zhì)量異常者精子頂體酶活性。楊超等[33]對50例少、弱精子癥患者進(jìn)行臨床干預(yù)，補(bǔ)硒治療后精子頂體酶活性（35.66±1.69μU/10）高于治療前（18.87±2.28μU/10）（P=0.028＜0.05）。

相關(guān)研究表明，補(bǔ)硒可以提升懷孕率。Moslemi MK等[34]對690名伊朗不育男性進(jìn)行臨床干預(yù)，患者每天服用含硒片（硒蛋氨酸）200μg，并聯(lián)合維生素E，進(jìn)行為期14周的臨床干預(yù)。在觀察期限內(nèi)，有75例（10.8%）患者正常懷孕妊娠。

綜上所述，對于男性精子質(zhì)量異常者，無論是少、弱精子癥，還是畸形精子癥，其精液中硒含量均顯著降低，脂質(zhì)過氧化代謝物（如：MDA）含量顯著升高，且抗氧化物（如：GSH）含量顯著下降。張鳳鳳等[35]的流行病學(xué)研究也表明，富硒地區(qū)男性精子濃度、活力均優(yōu)于非富硒組，精子DNA碎片率均低于非富硒組，并且相關(guān)臨床干預(yù)實(shí)驗(yàn)表明，精液質(zhì)量異常者補(bǔ)適量硒后，精液質(zhì)量評價指標(biāo)得到明顯改善，精子密度、活力得到提升，A級精子百分比、A+B級精子百分比、頂體酶活性均高于干預(yù)之前。不育患者補(bǔ)硒后，其精子濃度、活力均得到提升，且實(shí)現(xiàn)正常懷孕妊娠。

但是也有相關(guān)研究表明，高硒與精子質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)。Takasaki N等[36]的研究表明，與正常生育對照組相比，日本不育男性的精子硒顯著升高，精子硒與精子密度和活動精子百分比呈負(fù)相關(guān)。Bleau G等[37]在一項(xiàng)對125名不育夫婦進(jìn)行的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)，精液硒含量高于0.9mmol/L與生育能力下降有關(guān)，即高劑量的補(bǔ)硒不會改善男性精子質(zhì)量，反而會導(dǎo)致精子活力的短暫下降。同樣Hawkes WC等[38]對42名自由生活的男性，進(jìn)行補(bǔ)硒后精液質(zhì)量的研究，他們給予硒（300μg/d）作為高硒酵母，進(jìn)行48周干預(yù)實(shí)驗(yàn)，觀察到高硒組，精液量和精子硒含量的逐漸下降。

三、硒蛋白與精子質(zhì)量

睪丸作為硒的重要靶器官，在哺乳動物的睪丸中，硒主要以硒代半胱氨酸（Sec）的形式參與磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶（PHGPx4/GPx4）的合成，其后者作為睪丸中最主要的硒蛋白，對精子的生成和活性有至關(guān)重要的作用[39]。目前人體已鑒定出的硒蛋白超過25種，在男性生殖系統(tǒng)中起重要作用的硒蛋白有：GPx1、GPx3、GPx4、GPx5、硒蛋白P(selenoprotein P)、載脂蛋白E受體2（ApoER2）。雖然硒蛋白與精子質(zhì)量的流行病學(xué)研究資料相對較少，但其在精子發(fā)育、成熟等方面的重要性不能忽視。相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)均證明，硒蛋白在生殖系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

細(xì)胞谷胱甘肽過氧化物酶，現(xiàn)在又稱為GPx1,是第一個被鑒定為硒蛋白的哺乳動物硒蛋白。細(xì)胞內(nèi)/外氧化還原平衡的破壞會引起人體內(nèi)許多常見和復(fù)雜疾病的發(fā)生，GPx1在調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)ROS水平中發(fā)揮了重要作用。在生殖系統(tǒng)中，GPx1是附睪上皮細(xì)胞表達(dá)的胞漿酶，其主要作用是H2O2和其它可溶性氫過氧化物的解毒，在男性生殖系統(tǒng)中主要起到抗氧化作用[40]。

GPx3是一種在附睪上皮細(xì)胞表達(dá)的硒依賴型胞漿酶，從附睪上皮頭端到尾端，表達(dá)越來越多。體外研究證實(shí)，GPx3可以利用GSH作為還原底物催化H2O2的分解，調(diào)節(jié)細(xì)胞的氧化應(yīng)激。其GPx3在男性生殖系統(tǒng)中的主要作用是保護(hù)附睪上皮[40]。

谷胱甘肽過氧化物酶4（GPx4）是一種含硒代半胱氨酸（Sec）的谷胱甘肽過氧化物酶，它是一種抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的活性蛋白，最早是通過色譜分離純化技術(shù)，從細(xì)胞質(zhì)中提取的[41]。GPx4又被命名為磷脂過氧化氫谷胱甘肽過氧化物酶（PHGPx），表明其可以特異性清除磷脂酰膽堿來源的氫過氧化物[42]。GPx4能特異清除細(xì)胞膜中復(fù)雜脂質(zhì)底物的氫過氧化物（ROOH），而其它GPx不能，這就是其特異的功能。GPx4轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物根據(jù)其5’端的不同可以分為三種不同的mRNA，分別編碼線粒體（mGPx4）、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)（cGPx4）和細(xì)胞核（nGPx4）[43]。

GPx4在精子形成過程中發(fā)揮著重要作用[44-46]，對于未成熟的雄性生殖細(xì)胞的存活、精子中段結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和染色質(zhì)的固縮是必不可少的（見圖1）。cGPx4主要存在于睪丸和附睪上皮，發(fā)揮著GPx4的基本功能，即抗氧化功能[47]。mGPx4主要位于精子中段線粒體膜上，對男性生殖功能起重要作用，可以產(chǎn)生氧化交聯(lián)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定精子中段結(jié)構(gòu)，并在精子發(fā)生過程中發(fā)揮抗氧化防御作用[30]。nGPx4位于精子核，可通過氧化魚精蛋白硫醇，從而促進(jìn)成熟精子中核染色質(zhì)的濃縮[48]。

GPx5是一種Sec活性位點(diǎn)被半胱氨酸（Cys）取代（CysGPx）的蛋白質(zhì)，且是一種細(xì)胞外的CysGPx。GPx5由附睪分泌，附睪GPx5是一種真正的ROS清除劑，可以保護(hù)附睪轉(zhuǎn)運(yùn)精子細(xì)胞的完整性免受ROS的損傷。由于其附睪特異性，在GPx家族中占有特殊地位，最初被懷疑不是真正的GPx。但它在附睪中的定位，表明其對精子生理功能的作用[40]，然而它的確切功能仍然未知。但是相關(guān)的動物實(shí)驗(yàn)表明，精液中GPx5含量與精子質(zhì)量及精液儲存量呈正相關(guān)[49]。相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)還表明，GPx5敲除后，尾狀上皮存儲的精子氧化性損傷提升，精子DNA碎片含量升高[40]。

圖1 GPx4對精子發(fā)育成熟過程的作用

硒蛋白P（selenoprotein P，Sepp）是一種血漿蛋白，人Sepp序列包含多個Sec。Sepp作為血漿Se轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主要由肝臟分泌生成，通過與內(nèi)吞受體相互作用，然后被各靶組織攝入[50,51]。Sepp在男性生殖中的作用是將Se運(yùn)輸?shù)讲G丸組織，維持睪丸組織的正常功能[42]。當(dāng)Sepp失活，可導(dǎo)致成熟精子中GPx4的表達(dá)下降，最終導(dǎo)致不育。

載脂蛋白E受體2（ApoER2）是一種細(xì)胞表面膜受體，ApoER2 mRNA存在于男性生殖系統(tǒng)的睪丸中，其主要位于睪丸支持細(xì)胞[52]。Sepp可以將微量元素硒從肝臟運(yùn)輸?shù)讲G丸，而ApoER2是其睪丸的受體，介導(dǎo)硒蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)。因此ApoER2在睪丸支持細(xì)胞中的主要作用是Sepp的攝取。Andersen OM等[53]的研究證實(shí)ApoER2高度表達(dá)于附睪的起始段，且影響聚集素蛋白和GPx4的表達(dá)，這兩種蛋白對精子成熟是必不可少的。

四、問題及展望

硒作為生殖系統(tǒng)的必需微量元素，其含量過多或過少均會對生殖系統(tǒng)造成損傷，并影響精子的正常發(fā)生，導(dǎo)致精液質(zhì)量異常，最終導(dǎo)致男性不育。硒對精子的作用主要通過硒蛋白表現(xiàn)出來，硒蛋白作為生殖系統(tǒng)中重要的抗氧化酶，在精子發(fā)育、成熟及功能發(fā)揮方面起著重要的作用。但其人群流行病學(xué)研究相對較少，且其作用機(jī)制有待深入的研究。因此通過對硒及硒蛋白作用的研究，篩選出相關(guān)硒蛋白，為臨床治療男性不育提供新的分子生物學(xué)研究靶點(diǎn)，有效預(yù)防及治療男性不育。評價精子質(zhì)量的指標(biāo)不僅有精子活力、精子密度、精子形態(tài)等常用指標(biāo)，其精子膜表面抗體、鈣離子載體、透明質(zhì)酸活性均與精子質(zhì)量有顯著的相關(guān)性，但微量元素硒與其關(guān)聯(lián)性研究較少，臨床補(bǔ)硒是否有助于這些指標(biāo)的改善，進(jìn)而提升精子質(zhì)量，最終用于治療男性不育尚需進(jìn)一步研究。