病毒感染對睪丸結(jié)構(gòu)與功能的影響及其機制

連靜瑤，康祥錦

(廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院，廣東 廣州 510145)

不孕不育影響全球大約15%的育齡夫婦，其中男性不育占50%左右。生殖系統(tǒng)的感染和炎癥是導(dǎo)致男性不育的主要病因之一。各種微生物包括病毒、細菌和寄生蟲等可通過誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，間接損害生殖器官的功能和精子發(fā)生，從而影響男性的生殖能力。哺乳動物的睪丸具有特殊的免疫特性。一方面，睪丸是一個典型的免疫豁免組織，通過抑制睪丸內(nèi)系統(tǒng)性免疫反應(yīng)，防止生殖細胞免受自身抗原的免疫攻擊；另一方面，睪丸特異性的建立了有效的天然免疫防御機制，以抵抗入侵的病原體。睪丸內(nèi)部的特殊組織結(jié)構(gòu)、局部免疫抑制微環(huán)境和系統(tǒng)免疫耐受等多種機制協(xié)同調(diào)節(jié)睪丸的免疫功能狀態(tài)，以保持睪丸組織結(jié)構(gòu)和功能的完整性。血睪屏障(blood-testis barrier，BTB)是睪丸免疫豁免的關(guān)鍵。BTB的完整性直接關(guān)系著精子發(fā)生能否正常進行。BTB 是由相鄰的支持細胞形成的特殊屏障結(jié)構(gòu)，由多種類型的連接形成，包括支持細胞之間的緊密連接、基底胞質(zhì)特化、間隙連接和橋粒樣連接。它使曲細精管內(nèi)形成局部免疫豁免區(qū)域，免受病原體及免疫細胞的侵襲，為精子的發(fā)生提供合適的微環(huán)境，睪丸組織免疫平衡受損可能導(dǎo)致睪丸炎并損害生育能力。本文從免疫學(xué)角度就病毒感染對睪丸結(jié)構(gòu)與功能的影響及其機制進行綜述，闡述病毒在感染睪丸組織過程中，免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的保護和致病之間的平衡調(diào)節(jié)機制，旨在為病毒感染者生育力改善措施的研究提供新的思路。

1 寨卡病毒

寨卡病毒(Zika virus，ZIKV)屬于黃病毒屬和黃病毒科，為單鏈正向RNA病毒。目前已知該病毒的傳播途徑有：被感染的伊蚊叮咬；母嬰傳播，包括宮內(nèi)感染和產(chǎn)道感染；血液；性傳播等。已有文獻報道，ZIKV 感染可引起嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如格林-巴利綜合征和小頭畸形。Musso等在人類精液中檢測到ZIKV的存在。感染ZIKV病毒的男性可出現(xiàn)泌尿生殖系統(tǒng)疾病癥狀，如血精、前列腺炎、射精痛等。此外，ZIKV 感染小鼠睪丸，可導(dǎo)致睪丸結(jié)構(gòu)及功能改變，甚至不育。然而，關(guān)于ZIKV感染導(dǎo)致男性生育下降的機制卻鮮見報道。

1.1 ZIKV對睪丸結(jié)構(gòu)與功能的影響

已有研究表明睪丸可以作為ZIKV 的病毒庫，支持病毒的長期復(fù)制與表達。Robinson 等發(fā)現(xiàn)小鼠睪丸內(nèi)多種細胞均易受ZIKV感染，表明睪丸內(nèi)各細胞亞群能選擇性地支持ZIKV在小鼠體內(nèi)的持續(xù)增殖。ZIKV 感染可導(dǎo)致小鼠睪丸炎，進而睪酮和抑制素B分泌減少，影響睪丸中生殖細胞和體細胞的增殖和凋亡過程，引起睪丸組織進行性萎縮，最后造成小鼠生育能力下降或不育。

1.2 免疫反應(yīng)在ZIKV感染睪丸過程中的作用

睪丸實質(zhì)主要是由睪丸間質(zhì)和生精小管組成。睪丸間質(zhì)含有血管、免疫細胞和睪丸間質(zhì)細胞。生精小管由管周細胞、支持細胞和處于不同發(fā)育階段的生殖細胞組成。睪丸不但具有保護減數(shù)分裂后生殖細胞免受免疫損傷的免疫豁免特性，而且具有抵抗外界病原體感染的局部免疫能力。因此，ZIKV 要在睪丸中持續(xù)存在，需要操縱睪丸細胞功能，在不斷完成自身的復(fù)制與表達的同時逃避宿主的免疫反應(yīng)。

毛細血管內(nèi)皮細胞含有多種黃病毒受體。血液中的ZIKV顆粒通過黃病毒受體吸附并進入睪丸毛細血管內(nèi)的內(nèi)皮細胞。隨后，ZIKV 通過改變血管內(nèi)皮屏障的結(jié)構(gòu)與功能以促進病毒進入睪丸間質(zhì)。ZIKV 通過甘露糖受體感染睪丸間質(zhì)細胞后，誘導(dǎo)睪丸間質(zhì)細胞中趨化因子CXCL10 的表達水平升高，進而導(dǎo)致間質(zhì)細胞出現(xiàn)壞死、巨噬細胞和白細胞浸潤。ZIKV并不直接改變緊密或粘附的連接，而是通過降低VCAM-1 的表達，促進單核細胞的遷移。睪丸巨噬細胞參與組成生精小管的第一道防線。在感染早期，睪丸巨噬細胞分泌TNF-α、IL-1、IL-8等促炎因子，這些炎性因子可導(dǎo)致相鄰支持細胞間緊密連接蛋白ZO-1 等蛋白降解，破壞BTB 的結(jié)構(gòu)與功能。ZIKV 感染支持細胞后，可導(dǎo)致細胞中TNF-α和IL-6表達增加，進一步引起支持細胞功能障礙、基底膜脫離及BTB 的溶解。同時，ZIKV還可促進支持細胞中TAM 受體酪氨酸激酶的表達，尤其是AX1。AX1受體表達水平升高后，進一步促進病毒進入支持細胞且抑制支持細胞的抗病毒反應(yīng)。此外，TAM 受體還可與α/β干擾素受體亞單位1(interferon-alpha receptor 1，IFNAR1)結(jié)合并形成TAM-IFNAR 復(fù)合物，該復(fù)合物與TAM 配體相互作用后，促進信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子1同二聚體的磷酸化及核轉(zhuǎn)位。細胞因子信號傳導(dǎo)抑制分子1、3還可通過抑制Janus 激酶和Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)信號進一步抑制I型IFN的產(chǎn)生。因此，在ZIKV 感染睪丸的早期，不誘導(dǎo)IFN的生成，病毒逃逸睪丸中的抗病毒反應(yīng)，得以持續(xù)存在。隨著睪丸中病毒滴度的升高，炎癥因子IFN-γ、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8及TNF-α的表達水平不斷升高。炎癥因子的浸潤引發(fā)小鼠發(fā)生急性睪丸炎，睪丸組織充血和免疫細胞浸潤，進而導(dǎo)致大量的生殖細胞和間質(zhì)細胞退行性壞死，生精小管破裂。在感染后期，支持細胞啟動IRF3，IFN-α，IFN-β等因子參與的抗病毒反應(yīng)，調(diào)節(jié)支持細胞的免疫微環(huán)境，以利于病毒的復(fù)制與表達，確保ZIKV的持續(xù)性感染。

2 流行性腮腺炎病毒

流行性腮腺炎病毒(Mumps virus，MuV)屬于副黏液病毒科，是一類有包膜、單負鏈RNA病毒。流行性腮腺炎可通過直接接觸、飛沫、唾液傳播。感染MuV 15～20 d后可引起全身性感染疾病，患者多表現(xiàn)腮腺腫痛，常見并發(fā)癥為腦炎、胰腺炎及卵巢炎、睪丸炎等。

2.1 流行性腮腺炎病毒對睪丸結(jié)構(gòu)與功能的影響

MuV對睪丸有高度的感染趨向性。據(jù)統(tǒng)計，在成年男性腮腺炎感染者中約40%感染者并發(fā)睪丸炎。MuV誘發(fā)的睪丸炎大部分發(fā)生于單側(cè)睪丸，15%～30%男性雙側(cè)睪丸受累，50%男性出現(xiàn)睪丸萎縮現(xiàn)象，導(dǎo)致生育力下降，甚至不育。目前的研究表明，MuV并不直接損傷生精小管中的各級生精細胞，主要通過引起睪丸內(nèi)炎性細胞浸潤、誘導(dǎo)支持細胞和間質(zhì)細胞產(chǎn)生促炎因子和趨化因子影響精子發(fā)生；高水平的TNF-α和IL-6還可干擾類固醇生成，進一步抑制人睪丸間質(zhì)細胞睪酮合成；此外，TNF-α還可導(dǎo)致生殖細胞凋亡，造成生精上皮退化，生精小管壞死。在感染后期，睪丸發(fā)生纖維化、萎縮及生精細胞的退化，多達50%的患者會發(fā)生精子數(shù)量、精子活力和精子形態(tài)異常。但MuV 損害睪丸和男性的生育能力的機制尚待深入研究。

2.2 免疫反應(yīng)在MuV感染睪丸過程中的作用

研究發(fā)現(xiàn)MuV可通過參與細胞中天然免疫反應(yīng)過程調(diào)控自身的復(fù)制。MuV 激活模式識別受體(pattern recognition receptors，PRRs)后，特異性PRRs 對配體的識別和結(jié)合啟動細胞內(nèi)信號放大的級聯(lián)反應(yīng)，最終形成一個協(xié)調(diào)的細胞內(nèi)先天免疫反應(yīng)。PRRs 包括 TLR、RIG-I 樣受體(RIG-I like receptors，RLRs)、NOD樣受體和C型凝集素受體。一方面，MuV通過激活TLR2介導(dǎo)TNF-α、IL-6、MCP-1和CXCL10等炎癥因子的生成，這些炎癥因子再招募和激活白細胞以促進炎癥反應(yīng)；另一方面，白細胞遷移和激活又可提高促炎因子表達水平，擾亂睪丸內(nèi)的免疫豁免特性，造成occludin 和ZO-1等BTB相關(guān)蛋白的表達下調(diào)，導(dǎo)致BTB的結(jié)構(gòu)與功能損傷及精子發(fā)生停止。RIG-I識別MuV病毒核酸后，引起下游信號激活干擾素調(diào)節(jié)因子IRF3和NF-κB的活化，誘導(dǎo)間質(zhì)細胞和支持細胞產(chǎn)生大量1型干擾素，誘導(dǎo)ISG15、OAS1和MX1的表達，以擴增抗病毒信號、降解病毒RNA和抑制病毒基因轉(zhuǎn)錄的作用，抑制病毒的復(fù)制，以抵抗病毒的感染，并促進對病毒感染的適應(yīng)性免疫反應(yīng)。

3 人類免疫缺陷病毒

人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)是一種RNA 逆轉(zhuǎn)錄病毒，屬逆轉(zhuǎn)錄病毒科慢病毒屬。根據(jù)血清型，分為HIV-1、HIV-2 兩種。而HIV-1 是大多數(shù)HIV 感染的罪魁禍首。目前已知的HIV傳播途徑有性傳播、血液傳播、母嬰垂直傳播、父嬰垂直傳播。Baccetti 等將HIV 病毒感 染健康男性的精子后，在被感染的精子中檢測到HIV 抗原和RNA。Shevchuk 等發(fā)現(xiàn)HIV 男性感染者的精原細胞、精母細胞和精子細胞均存在HIV，且HIV能將病毒片段整合到精原細胞和各個分化階段的生殖細胞的細胞核。但HIV進入男性生殖細胞的途徑目前仍不清楚。

3.1 人類免疫缺陷病毒對睪丸結(jié)構(gòu)與功能的影響

臨床研究表明，HIV感染者精液參數(shù)較正常健康男性相比顯著下降。HIV患者的睪丸常表現(xiàn)為無精子癥，間質(zhì)組織纖維化，間質(zhì)細胞數(shù)量減少，淋巴細胞浸潤，生精小管基底膜增厚以及管狀玻璃樣變等。研究發(fā)現(xiàn)，HIV-1 感染男性睪丸后，可導(dǎo)致睪丸功能發(fā)生嚴重障礙，且睪丸的損傷程度與疾病發(fā)展的階段密切相關(guān)。在感染的早期，睪丸中睪酮水平呈高水平狀態(tài)；隨著感染的進程的推移，睪酮水平不斷下降，并且伴隨性腺機能減退，睪丸炎、少精癥或無精癥等。然而，HIV 感染導(dǎo)致患者睪丸炎原因尚不明確，可能與患者自身免疫缺陷狀態(tài)相關(guān)。

3.2 免疫反應(yīng)在HIV感染睪丸過程中的作用

睪丸間質(zhì)由萊迪希細胞及巨噬細胞、T 淋巴細胞、樹突狀細胞及肥大細胞等免疫細胞組成，是睪丸抵御病原體感染的重要防線。生理狀態(tài)下，存在于睪丸于白膜、間質(zhì)和管周區(qū)域的免疫細胞和睪丸各細胞分泌的免疫抑制因子共同維持睪丸免疫平衡狀態(tài)。已有研究表明：HIV患者睪丸間質(zhì)中浸潤的炎癥細胞主要為巨噬細胞和T 淋巴細胞。隨著感染的進行，巨噬細胞和T細胞侵襲生精小管管壁和管腔，導(dǎo)致生精小管壁腔玻璃化及透明化，生精小管增厚，BTB結(jié)構(gòu)受損，病毒侵入生精小管。此外，還在HIV 感染者睪丸中直接檢測到了HIV 病毒顆粒，說明HIV 可直接作用睪丸組織。T 淋巴細胞和巨噬細胞均表達CD4及其共受體，HIV可通過睪丸組織局部抗病毒天然免疫反應(yīng)促進HIV感染免疫細胞，并增強病毒的復(fù)制與和表達。

4 其他病毒

4.1 單純皰疹病毒

單純皰疹病毒(Herpes simplex virus，HSV)是皰疹病毒科的一員。其中單純病毒1和單純皰疹病毒2(HSV-1和HSV-2)是嚴重害人類健康的病原體。HSV-1感染通常引起口面部感染和腦炎，而HSV-2感染可導(dǎo)致生殖系統(tǒng)感染。目前已在男性睪丸組織和精液中發(fā)現(xiàn)HSV-2。HSV的存在與精子密度降低、精子活力下降相關(guān)。低病毒載量的HSV可以導(dǎo)致小鼠支持細胞結(jié)構(gòu)與功能破壞，睪丸萎縮，甚至可導(dǎo)致雄性小鼠不育。在HSV感染小鼠睪丸早期，大量白細胞浸潤睪丸間質(zhì)，巨噬細胞可穿透生精小管基底膜。白細胞介素IL-1a、IL-6、干擾素、腫瘤壞死因子和激活素等炎癥相關(guān)因子表達上調(diào)。在感染10 d后，睪丸中的T淋巴細胞和巨噬細胞的數(shù)量顯著增加。CD4T細胞數(shù)量較CD8T細胞顯著增加。在HSV感染睪丸整個過程中，小鼠支持細胞中均可檢測到HSV DNA、蛋白和病毒衣殼的存在。感染HSV的支持細胞功能受損、數(shù)量減少，睪丸組織萎縮，最后導(dǎo)致睪丸組織不可逆的損傷。但是HSV感染是否可導(dǎo)致人類睪丸組織不可逆損傷尚不清楚。

4.2 肝炎病毒

肝炎病毒主要包括兩種類型：HBV 病毒和HCV 病毒。目前已經(jīng)證實在感染者精液中存在HBV、HCV 病毒。HBV 屬于嗜肝DNA 病毒科，是一種雙鏈DNA 病毒。HBV 不僅具嗜肝性，也存在于肝臟和血液以外的組織。1985年，Hadchouel等發(fā)現(xiàn)HBV感染者的精子基因組中存在HBV DNA序列整合。隨后大量研究表明，HBV不但能夠穿越血睪屏障，還能夠進入且整合到到人精子染色體中。HBV 男性感染者精液中精子密度、活力降低且存在高比例凋亡與壞死精子，受精率下降、流產(chǎn)率升高。

HCV 是單股正鏈RNA 病毒，與HBV 病毒患者相比，在HCV 病毒患者精液中檢測到的病毒量較低。大量研究證實HCV病毒感染會引起精子參數(shù)的改變包括精子形態(tài)異常，精子數(shù)量減少及精子活力下降。Hofny等發(fā)現(xiàn)在精液中可以檢測到HCV病毒粒子，但并未在精子中發(fā)現(xiàn)。HCV感染者精液中凋亡和壞死精子比例顯著升高，生育力較正常健康男性下降。HCV感染者的精子細胞內(nèi)線粒體膜的通透性改變，DNA損傷水平升高，活性氧水平升高，且精子染色體的非整倍性與HCV病毒水平相關(guān)。但免疫反應(yīng)在肝炎病毒感染睪丸過程中的作用仍需進一步深入研究。

4.3 馬爾堡病毒

馬爾堡病毒(Marburg virus，MARV)屬于絲狀病毒科，是一種負鏈RNA病毒。MARV主要通過體液傳播。在MARV癥狀出現(xiàn)數(shù)周至數(shù)月后仍可以在精液中檢測到病毒的存在，但MARV在睪丸中建立持續(xù)感染的機制仍然未知。最近Coffin 等的研究表明：MARV可在非人靈長類獼猴幸存者睪丸組織中持續(xù)存在。MARV 主要存在于支持細胞，在少數(shù)生殖細胞和巨噬細胞、單核細胞中也檢測到了MARV。感染MARV的食蟹獼猴生精小管周圍的間質(zhì)組織因淋巴細胞、巨噬細胞和中性粒細胞的浸潤而顯著擴張。MARV 感染可導(dǎo)致睪丸組織中ZO-1 和TJP2表達水平下降，支持細胞間的BTB結(jié)構(gòu)完整性受損，炎性細胞入侵。睪丸間質(zhì)組織中的MARV逐漸擴散到生精小管。睪丸組織生精小管的正常結(jié)構(gòu)被破壞，并伴有碎片狀壞死。大量的白細胞、巨噬細胞、T 細胞、B 細胞浸潤至生精小管。在MARV睪丸持續(xù)感染過程中，可檢測到大量的CD4T 細胞，尤其是CD4Treg細胞，而CD8細胞數(shù)量較少，表明CD4T細胞在介導(dǎo)對MARV 的適應(yīng)性免疫過程中起重要作用。此外，在感染MARV 的睪丸組織中，抑制性受體CTLA-4 和TGF-β的表達升高。CD4Treg細胞可能通過調(diào)節(jié)抑制性受體CTLA-4和TGF-β維持睪丸的局部免疫抑制環(huán)境，導(dǎo)致MARV在睪丸中的持續(xù)感染。

4.4 2019新型冠狀病毒

2019 新型冠狀病毒(2019-nCoV)是一種新發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒，感染2019-nCoV的患者以呼吸困難和低氧血癥為特征，可發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征。2019-nCoV 的Spike 糖蛋白可能與血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)受體結(jié)合緊密。Chen 等發(fā)現(xiàn)睪丸中ACE2 表達水平較高，主要集中在睪丸精原細胞和支持細胞。隨后Achua 等發(fā)現(xiàn)，與正常健康男性相比，精子發(fā)生受損的COVID-19感染者睪丸內(nèi)ACE-2受體表達水平顯著升高，且病理顯示生精小管功能減退，硬化。因此2019-nCoV感染可能導(dǎo)致男性出現(xiàn)生殖健康問題，隨訪中應(yīng)考慮加強生育力評估以及針對性治療。

5 結(jié) 語

在男性生殖系統(tǒng)中除了以上幾種常見的病毒外，還有柯薩奇、登革熱等其他病毒，它們不僅能通過損害生殖器結(jié)構(gòu)與功能以及精液質(zhì)量導(dǎo)致生育能力下降，還會導(dǎo)致病毒引起的突變向后代傳播。雖然目前在闡明病毒感染導(dǎo)致生育力下降甚至不育表象方面取得一定的進展，但病毒感染導(dǎo)致男性生育力下降的機制尚不清楚。因此，深入探究病毒感染睪丸細胞及損傷精子發(fā)生的機制，可為病毒感染者生育力改善措施的研究提供新的思路。