基因多態(tài)性與男性不育關(guān)系的研究進(jìn)展

劉峰

(深圳市光明區(qū)婦幼保健院 泌尿外科，廣東 深圳 518000)

生殖健康是全球性熱點(diǎn)問題，全球約15%育齡夫婦受到不育困擾，其中40%左右為男性因素造成[1]。既往研究結(jié)果證實(shí)，遺傳基因多態(tài)性及其位點(diǎn)突變是導(dǎo)致男性不育的主要原因之一，揭示多態(tài)性與男性不育之間的發(fā)生機(jī)制，對(duì)臨床診斷及治療具有重要意義[2]。魚精蛋白(protamine，PRM)是精子中水平最高的核蛋白，其具有生成精子等功能，同時(shí)與受精過程相關(guān)。精子發(fā)育異常是導(dǎo)致精子數(shù)減少，甚至無(wú)精子癥的主要原因，雄激素在男性生長(zhǎng)發(fā)育及甚至功能維持中具有重要作用，其需要結(jié)合雄激素受體(androgenreceptor，AR)發(fā)揮生物學(xué)功能，通過將信號(hào)傳導(dǎo)細(xì)胞外雄激素至靶基因，調(diào)控靶基因表達(dá)從而發(fā)揮效應(yīng)[3]。5，10-亞甲基四氫葉酸還原酶(methylene tetrahydro folate reductases，MTHFR)是葉酸代謝途徑的關(guān)鍵酶，其突變可造成DNA、RNA甲基化異常，導(dǎo)致DNA和蛋白缺陷，在女性不孕中研究較多，而在男性不育中研究較少。MTHFR基因點(diǎn)位突變可影響精子數(shù)量、活力、形態(tài)等從而發(fā)生受精困難或形成質(zhì)量低下的受精卵[4]。既往研究顯示，活性氧(reactive oxygen species，ROS)是生理過程產(chǎn)物，正常水平的ROS有利于維持精子頂體反應(yīng)、獲能等生理功能，ROS過高可破壞精子結(jié)構(gòu)而引起男性不育[5]。安小紅等[6]認(rèn)為谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transfemses，GSTs)可維持氧化還原系統(tǒng)動(dòng)態(tài)平衡，與精子DNA氧化損傷相關(guān)。因此，本文主要綜述PRM、AR、MTHFR、GSTs基因多態(tài)性與男性不育的研究進(jìn)展，為男性不育患者臨床診斷及治療提供參考。

1 PRM

1.1 PRM結(jié)構(gòu)與功能PRM精氨酸水平40%～70%，是一種堿性蛋白又稱精核蛋白，編碼基因位于16染色體(16p13.3)區(qū)域[7]。據(jù)氨基酸組成可分為PRM1和PRM2，PMR1共含有50個(gè)氨基酸殘基，N末端內(nèi)部含有4個(gè)高保守氨基酸組成的高堿性中央核心區(qū)，PRM2含有大量組氨酸殘基和精氨酸。在PRM保護(hù)下精子細(xì)胞和其基因可處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，因此PMR結(jié)構(gòu)異常，不利因素攻擊使精子DNA碎片化、精子形態(tài)出現(xiàn)畸形等。二硫鍵形成障礙是PRM異常原因之一，PRM與DNA結(jié)合不緊密導(dǎo)致雙鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，形成酸性環(huán)境。導(dǎo)致精子DNA斷裂損傷[8]。既往研究結(jié)果證實(shí)，PRM異常及功能不全的男性不育患者，常伴有大量組蛋白和DNA損傷，因此PRM基因正常保護(hù)精子DNA免受損傷是成功受精的關(guān)鍵之一[9]。

1.2PRM基因多態(tài)性與男性不育單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)屬于二態(tài)小分子標(biāo)記，占已知多態(tài)性的90%以上，因單個(gè)堿基的轉(zhuǎn)換、缺失等變異所致，其群體頻率最小為1%[10]。既往眾多研究探討PRM SNP位點(diǎn)突變與男性不育之間的關(guān)系，90%的正常精子在發(fā)生過程中DNA與PRM結(jié)合，目前PRM1基因點(diǎn)位rs2301365、rs35576928多態(tài)性在男性不育研究中具有影響[11]。既往研究顯示，PRM點(diǎn)位102G>T(rs35576928)使編碼肽鏈中的一個(gè)氨基酸從絲氨酸變成精氨酸，其多態(tài)性與男性少精、弱精癥相[12]。有研究發(fā)現(xiàn)，C190A(rs2301365)多態(tài)性改變可導(dǎo)致精子形態(tài)變化，并影響PRM與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合點(diǎn)位，rs2301365基因多態(tài)性使男性不育的風(fēng)險(xiǎn)增加30%～60%，是男性不育的危險(xiǎn)因素[13]。既往研究顯示，PRM2基因點(diǎn)位373C>A(rs2070923)和298G>C(rs1646022)組成的TACCGGC單倍基因型與精子水平及總數(shù)間具有相關(guān)性[14]。由此推斷，PRM基因多態(tài)性改變可改變PRM異常表達(dá)，從而影響精子正常形態(tài)及運(yùn)動(dòng)功能造成男性生育能力下降。

2 AR

2.1 AR結(jié)構(gòu)與功能AR屬于依賴配體反式轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白，基因點(diǎn)位于X染色體長(zhǎng)臂(Xq11～12)，約有75 000～90 000個(gè)堿基，由N端轉(zhuǎn)錄激活區(qū)(N-terminal transcriptional activation domain，NTD)、DNA結(jié)合區(qū)(DNA binding domain，DBD)、鉸鏈區(qū)和配體結(jié)合區(qū)(ligand binding domain，LBD)構(gòu)成，屬于單拷貝基因，包括7個(gè)內(nèi)含子、8個(gè)外顯子。NTD包括多聚體-多聚谷氨酸和多聚甘氨酸；DBD以68氨基酸構(gòu)成的 2個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)為核心，與其他甾體激素受體同源性較高，是雄激素靶基因反應(yīng)特異結(jié)合的高度保守DNA結(jié)合域；鉸鏈區(qū)位于CH1和CH2之間，包括H鏈間二硫鍵含大量脯氨酸，是免疫球蛋白重鏈；LBD位于AR基因C端，包含二聚體化區(qū)、核定位信號(hào)及轉(zhuǎn)錄激活區(qū)域等，具有形成二聚體的重要作用[15-16]。雄激素屬于類固醇激素，以雙氫睪酮及睪酮活性形式存在，通過激活A(yù)R與熱休克蛋白分離，識(shí)別靶基因DNA序列并結(jié)合，調(diào)控該基因轉(zhuǎn)錄和激素反應(yīng)元件結(jié)合表達(dá)新蛋白，從而發(fā)揮生物學(xué)功能，促進(jìn)男性性腺成熟及精子發(fā)生[17]。

2.2AR基因多態(tài)性與男性不育AR基因1號(hào)外顯子NTD含有2個(gè)CAG和GGN基因重復(fù)序列，多態(tài)性異?？蓪?dǎo)致CAG和GGN基因重復(fù)數(shù)改變，影響AR信號(hào)通路。其中CAG基因多態(tài)性是男性不育研究熱點(diǎn)。既往研究顯示，CAG重復(fù)數(shù)增加，AR與p-160活化因子親和力下降，與協(xié)同因子作用受抑制組蛋白乙?；饔媒档停D(zhuǎn)錄起始復(fù)合物不穩(wěn)定，從而降低下游靶基因轉(zhuǎn)錄水平[18]。同時(shí)CAG重復(fù)數(shù)增加與神經(jīng)性疾病相關(guān)，重復(fù)數(shù)高于40可引起嚴(yán)重的X染色體隱性連鎖遺傳神經(jīng)元變性綜合征，導(dǎo)致男性精子發(fā)生障礙。有研究顯示CAG重復(fù)數(shù)降低可增加與協(xié)同因子作用活性，過少AR信號(hào)通路與G蛋白結(jié)合，AR轉(zhuǎn)錄能力增強(qiáng)，雄激素依賴性細(xì)胞異常增生，如前列腺增生，嚴(yán)重可造成癌變風(fēng)險(xiǎn)[19]。

3 MTHFR

3.1 MTHFR結(jié)構(gòu)與功能MTHFR基因位于1號(hào)染色體(1p36.3)區(qū)域，包括12個(gè)外顯因子，由656個(gè)氨基酸殘基組成，全長(zhǎng)20.374 kb。MTHFR通過在葉酸代謝通路中催化5，10-亞甲基四氫葉轉(zhuǎn)化為具有生物學(xué)功能的5-甲基四氫葉酸鹽，為同型半胱氨酸及DNA、蛋白質(zhì)甲基化提供傳遞通路，并使血液中同型半胱氨酸保持較低水平[20]。此外，葉酸的中間代謝產(chǎn)物通過碳單位代謝提供嘌呤環(huán)形成所需碳原子，在核苷酸合成過程中具有重要作用。MTHFR基因缺陷、突變及發(fā)生多態(tài)性，可造成葉酸代謝障礙，導(dǎo)致嘌呤嘧啶合成、DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)甲基化等多個(gè)基礎(chǔ)生化過程異常。發(fā)育必需的DNA和蛋白質(zhì)缺陷，易造成精子DNA缺陷、受損，不易被卵細(xì)胞識(shí)別或進(jìn)入卵細(xì)胞后染色質(zhì)去致密化過程障礙，受精失敗或受精卵發(fā)育異常[21]。

3.2MTHFR基因多態(tài)性與男性不育既往研究結(jié)果顯示，MTHFR基因點(diǎn)位C667T SNP可影響精子DAN完整性、存活率及活力等，導(dǎo)致精子質(zhì)量下降[22]。C667T具有CC、CT、TT 3種多態(tài)性，與CC、CT基因型相比，TT基因少精子癥、弱精子癥比率明顯增加，精子質(zhì)量CC基因型>CT基因型>TT基因型。667T>C點(diǎn)位突變引起MTHFR基因編碼蛋白第222號(hào)氨基酸轉(zhuǎn)化異常，葉酸轉(zhuǎn)化能力降低，甲基化不足可直接導(dǎo)致精子DNA正常修復(fù)、復(fù)制下降，完整性降低，而DNA完成對(duì)精子遺傳物質(zhì)傳遞具有重要作用。邵麗佳等[23]研究結(jié)果顯示，TT基因型患者體內(nèi)半胱氨酸水平超過正常生理水平，打破機(jī)體ROS平衡，ROS高水平直接損傷精子DNA，精子頂體完整性和活力降低，對(duì)胚胎質(zhì)量及發(fā)育造成不良影響。

4 GSTs

4.1 GSTs結(jié)構(gòu)與功能GSTs同源二聚體酶超基因家族，屬于Ⅱ相代謝解毒酶體統(tǒng)。GSTs具有5類同工酶α、μ、θ、π和ζ，其中同工酶α、μ、θ、π在機(jī)體中表達(dá)活躍。GST各同工酶結(jié)構(gòu)氨基酸序列相似性僅30%左右，每個(gè)酶分子都由相同的亞單位二聚體折疊形成2個(gè)結(jié)構(gòu)域，通過催化外源性化學(xué)物質(zhì)和內(nèi)源性ROS及其應(yīng)激氧化代謝產(chǎn)物在N端結(jié)構(gòu)域與還原型谷胱甘結(jié)合，促進(jìn)有毒物質(zhì)的代謝及滅活，減少細(xì)胞損害[24]。

4.2GSTs基因多態(tài)性與男性不育既往研究發(fā)現(xiàn)，在男性不育癥患者中GSTM1及GSTT1多態(tài)性改變會(huì)增加精子氧化應(yīng)激損傷易感性[25]。GSTM1是GSTμ主要編碼基因，與同源染色體不等互換可導(dǎo)致GSTM1基因堿基丟失，GSTT1基因多態(tài)性表現(xiàn)為雜合、純合攜帶及純合缺失，缺失基因型機(jī)體外周血缺乏GST酶活性，導(dǎo)致GSTs基因抑制脂質(zhì)過氧化作用下降，而增加內(nèi)源性ROS水平，ROS脂質(zhì)氫化過氧物分解和脂質(zhì)過氧化作用引起精子氧化應(yīng)激損傷產(chǎn)生，從而影響精子結(jié)構(gòu)和功能[26]。既往研究結(jié)果顯示，GSTM1(+)及GSTT1(+)患者精漿氧化應(yīng)激水平較GSTM1(-)及GSTT1(-)低，提示GSTs基因多態(tài)性改變可影響精漿氧化水平及精子DNA氧化損傷，降低精子活性，導(dǎo)致男性生育功能喪失[27]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，男性不育患者基因多態(tài)性可影響精子成熟、發(fā)生、活力、形態(tài)及受精質(zhì)量，是導(dǎo)致男性不育的危險(xiǎn)因素。其中PRM基因多態(tài)性引起精子發(fā)生紊亂、數(shù)量減少，影響精子染色質(zhì)穩(wěn)定性，導(dǎo)致DNA損傷、精子畸形等，增加不育風(fēng)險(xiǎn)。AR基因結(jié)構(gòu)改變影響與雄激素結(jié)合導(dǎo)致精子發(fā)生異常。MTHFR基因位點(diǎn)多態(tài)性改變影響機(jī)體葉酸代謝，大量氧自由基形成，損傷精子核和線粒體DNA損傷，影響精子功能。GSTs基因多態(tài)性可導(dǎo)致精子DNA氧化損傷，導(dǎo)致男性不育。因此基因多態(tài)性研究有助于臨床診斷及治療男性不育。