活性氧與男性不育相關研究進展

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【摘要】在生殖系統內，活性氧主要由精子自身和精液中的白細胞產生，活性氧在低濃度時可以調節正常精子功能，而過量活性氧會引起氧化應激反應，影響精子膜功能、精子運動能力和DNA完整性，是男性不育的重要原因。因此，如何清除過量活性氧、進行抗氧化治療是男性不育研究的重要課題。

【關鍵詞】活性氧；氧化應激；精子；男性不育

據世界衛生組織預測，在21世紀，不孕癥將成為僅次于腫瘤和心腦血管病的第三大疾病。而男性不育的病因、發病機制、治療的研究將成為男性科學中的重點和熱點。有報道25%~40% 的不育男性的精液可檢測到高水平的活性氧。生理狀態下，生殖系統內適量的活性氧有利于維持精子細胞的正常功能。而活性氧一旦過量則可引起氧化應激，損傷機體的氧化防御系統，導致精子膜、精子線粒體、精子核內DNA受損，使精子運動功能改變，是造成男性不育的重要病因之一。如何清除過量活性氧成為男性不育治療的一個重要研究課題。現就活性氧與男性不育的相關研究進展予以綜述。

1 活性氧對精子的生理作用

所謂的活性氧是指機體內或者自然環境中化學性質活潑、氧化能力很強的一類含氧物質，是機體組織正常的有氧代謝產物，主要包括H₂O₂、O₂^-、·OH等。1989年Aitken首先提出適量活性氧在生理狀態下干預調節精子功能 。大量研究也證明，適當的活性氧對精子獲得受精能力是必需的。如O₂^-、H₂O₂與精子高活躍性運動、獲能以及頂體反應有關，活性氧引起的脂質過氧化作用促進透明帶結合，影響精子蛋白酪氨酸磷酸化-去磷酸化作用。精子蛋白酪氨酸磷酸化參與精子發生、精子活動力、精子獲能及頂體反應等活動的調節，與男性生殖能力有著密切聯系。研究發現，在人精子獲能過程中阻斷活性氧的生成，精子無法獲能。

2 活性氧的產生及導致其產生過多的因素

2.1 活性氧的產生 生殖系統和精液中影響精子活力的活性氧，一般是由精子自身及射出體外精液中的白細胞產生的，其中，后者是活性氧的主要來源。

2.1.1 來自精子的活性氧 精子中的活性氧通過兩種途徑產生：一種途徑是通過精子線粒體呼吸鏈的一系列氧化反應產生。由于精子細胞富含線粒體，因此精子活性氧的產生在線粒體系統相當活躍，是不育男性精液活性氧的主要來源。另一種途徑是存在于精子膜上的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶與其底物反應生成活性氧。人類精子中產生的活性氧主要為O₂^-，通過歧化反應可產生H₂O₂，從而影響精子功能。

2.1.2 來自白細胞的活性氧 白細胞存在于整個男性生殖道，在每份精液中均可檢出。1995年Shek.arriz等報道過氧化物酶陽性白細胞是精液中活性氧的主要來源，并且發現細胞過氧化物酶染色陽性是精液中產生過量活性氧的一個準確指征，這些細胞包括多形核白細胞和吞噬細胞，主要來源于前列腺和精囊，是精液高水平活性氧的主要來源。Saleh等的研究發現，實驗室診斷為白細胞精子癥的不育男性的精子懸液中的活性氧水平明顯高于無白細胞精子癥的不育男性。激活的白細胞能激活還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸酶，產生的活性氧的量是未激活白細胞的100倍。Henkel等報道，白細胞與外在活性氧產生有正相關性，但與內在活性氧產生關系較小。

2.2 導致活性氧產生過多的因素

2.2.1 吸煙 研究表明吸煙與精子DNA損傷有關，其導致精子DNA損傷的原因可能是增加了精液中白細胞產生的活性氧。但是，吸煙與精子數量、活力下降和形態異常的關系尚不十分明確 。

2.2.2 生殖道感染 生殖道感染和非特異性炎癥增加了精子DNA損傷，其原因可能為生殖道感染和非特異性炎癥導致精液中白細胞數量的增加。如前列腺炎和附屬性腺感染均會導致活性氧的增加并損傷精子。另外，淋球菌感染也可通過引起白細胞精子癥而導致活性氧含量明顯增加。

2.2.3 精索靜脈曲張 在精索靜脈曲張患者中，精子DNA的損傷程度遠高于正常人群，且精子DNA的損傷程度與精漿中活性氧的濃度呈正相關。研究表明在精索靜脈曲張結扎后，精子DNA的完整性能夠得到顯著提高 。

2.2.4 環境污染物 研究表明在環境水平下，尿鄰苯二甲酸鹽類及其氧化代謝產物均與精子DNA損傷有顯著相關性。環境污染物和射線可產生一些活性氧，如H₂O₂、O₂^-、·OH。意大利學者通過一項對高速公路收費站工人精子質量的研究發現，交通污染物(如鉛和一氧化氮)能顯著降低精子質量，其造成對精子的損傷可導致男性不育。

2.2.5 激素 雌激素可能是通過產生過氧化氫損傷精子，不適當地暴露于雌激素環境下可以導致自由基介導的損害。

2.2.6 精液的常規處理 離心洗滌精子是精液處理的常規步驟之一，但如果體外處理時間過長，離心步驟過多，離心速度過快，可造成精子的物理損傷，并形成過氧化物或其他氧殘留物，導致活性氧的大量產生，增加DNA損傷概率。隨著人類輔助生殖技術的進展，精液冷凍技術應用范圍日益擴大，許多學者注意到精子冷凍保存時，逐漸降低溫度會顯著提高活性氧水平。Wang等研究傳統的慢速冷凍對精液活性氧水平的影響，發現溫度降至4℃時，產生的活性氧量最多。有研究發現精液優選后再冷凍保存，在保持良好線粒體膜電位同時，可減少活性氧生成。

3 活性氧對精子的毒性作用

正常情況下，精液射出體外后精漿中富含的以及生殖系統(如附睪)和精子自身具有的抗氧化物和抗氧化酶的存在，使活性氧的產生和清除處于一種平衡狀態。而男性生殖道過量活性氧的產生，會引起一種氧化應激狀態，導致精子膜、線粒體以及核DNA損傷，精子運動能力減弱甚至喪失等。另外，精子缺乏胞質抗氧化酶系統，不能對過量活性氧造成的損傷進行及時的修復，是精子對氧化攻擊具有獨特的易感性的原因之一。

3.1 精子膜過氧化損傷 精子膜是精子最外層的細胞結構，其結構與生理的完整性對精子運動、生化代謝和維持存活是非常重要的。人類精子含有高濃度的不飽和脂肪酸、豐富的線粒體和極少的細胞質，故其極易受活性氧的攻擊。活性氧通過引發精子膜上的多聚不飽和脂肪酸的過氧化反應產生大量脂類過氧化物，特別是醛式產物(如丙二醛)對細胞具有毒性作用，使精子膜的流動性、完整性遭到不同程度的破壞，膜通透l生增加，失去對參與精子運動調控的有關胞內離子濃度的調節能力，導致精子運動能力下降甚至喪失，質膜結構的破壞還可導致精子缺陷數增高，損及精子獲能和干預頂體反應的發生，從而影響精子受精能力。

3.2 精子DNA的損傷 大量研究已證實，過量活性氧造成的氧化應激，不僅會導致精子膜損傷，影響精子功能，還會損傷精子核DNA的完整性。生殖系統內有兩個因素保護精子DNA免遭氧化攻擊：精子DNA的特征性緊密包裝以及精漿中存在的抗氧化物。研究證明將精子暴露于人工產生的活性氧中能引起DNA損傷，這種損傷包括堿基被修飾，產生無堿基位點、缺失、移碼、DNA交聯以及染色體重排。活性氧也可引起高頻率的單股和雙股DNA斷裂，不育男性精液的高水平活性氧往往伴隨超出正常數量的精子DNA斷裂片段的存在。精子在體外與活性氧共同孵育，可顯著增加DNA斷裂片段，抗氧化劑預保護可降低對DNA的損傷。也有證據顯示，在不育男性的精子中通常觀察到的DNA斷裂片段是由高水平的活性氧介導的。Trisini等運用彗星實驗檢測精子DNA，發現具有高水平DNA斷裂片段的精子密度及運動能力均下降。還有研究證明過量活性氧誘發的DNA損傷會加速生殖細胞凋亡，導致男性不育相關的精液質量明顯下降。另外，過量活性氧誘發精子DNA損傷后，會導致一系列的不良后果，如受精率減低、破壞植入前的胚胎發育、增加流產率、增加后代的發病率等。Cocuzza等研究認為，在自然妊娠中，精子DNA的完整性是獲得成功妊娠的先決條件，由此可見，精子DNA的完整性在生殖方面的重要作用，而目前對活性氧引起精子DNA損傷更加確切的機制尚不很明確，需進一步研究。

3.3 精子線粒體損傷 氧化應激在早期過程中可導致精子線粒體膜電位下降。線粒體是細胞內主要的供能器官，在生殖系統內是精子運動的能量源泉，它參與精子的發生、獲能、精子的游動和受精等過程。線粒體對各種損傷因子極為敏感，其結構與功能的改變，必然影響到精子的運動能力。目前認為，活性氧對精子線粒體損傷主要包括以下幾個方面：①引起精子線粒體脫落，數量減少，導致能量合成相應降低；②造成精子線粒體膜脂質過氧化損傷，影響線粒體膜上載有的呼吸鏈和產生腺苷三磷酸酶系發揮正常功能；③改變線粒體內與腺苷三磷酸生成有關的酶活性，影響能量產生；④造成精子線粒體DNA氧化損傷，破壞線粒體呼吸功能所必需的DNA編碼蛋白的合成；⑤誘導線粒體內Ca²⁺釋放，減小線粒體膜電位，增加內膜通透性，進而導致膜損傷，抑制腺苷三磷酸合成。也有研究者提到線粒體基因突變與男性不育的相關性，但突變是否由活性氧所致，有待進一步研究。

4 活性氧的清除

生殖系統具有多種保護對抗活性氧損傷作用的抗氧化物和抗氧化酶類。男子附睪是促使精子形成、給予精子營養、提供精子最佳貯存條件的部位，也是保護精子不受氧化損傷的場所。精子胞質本身僅含有少量抗氧化酶，精漿具有的氧化防御機制可作為有力補充來保護精子。在精液中，保護精子免遭活性氧損傷的抗氧化物主要為維生素E、維生素C、谷胱甘肽、牛磺酸、尿酸等小分子物質。其中維生素C存在于細胞外液中，抑制羥氫氧基、過氧化物和過氧化氫自由基的產生，防止精子凝集，且有助于維生素E重復利用。不育男性精漿中維生素C含量減少，維生素E在細胞膜上發揮作用，它抑制H₂O₂，保護精子膜免受脂質過氧化反應的攻擊。研究表明，培養液中添加維生素E和HAM’S F-10對活性氧介導的損傷具有保護作用。抗氧化酶類主要為過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽氧化物酶等。研究顯示，20例不育男性肌內注射600 mg的谷胱甘肽2個月，可顯著提高精子活力，特別是前向運動能力。一項對32例不育男性的精液的研究發現泛癸利酮能抑制精液和精漿中H₂O₂的形成。硒是谷胱甘肽過氧化物酶復合體的必要組成部分，它也協同維生素E發生作用。Keskes-Ammar等的一項研究發現，口服3個月225 mg/d的硒和400 mg/d的維生素E，能顯著降低精漿中丙二醛濃度和提高精子活力。但此結論還有待進一步研究證實。

目前雖然通過體內、體外實驗已發現許多可清除生殖系統中活性氧的抗氧化物，并且部分已開始應用于臨床并取得了一定療效，但是仍需要加大研究力度，不斷地發現一些新的抗氧化物及抗氧化物酶，從而更好地針對由活性氧過量引起的男性不育進行更有效的綜合治療。

近來研究發現，對氧磷酶1(paranoxonase-1，PON-1)可阻止低密度脂蛋白氧化，其活性與脂質的過氧化發生有密切關系，因而越來越受到醫學界關注，成為臨床研究的熱點之一。PON-1具有非常廣泛的生物學作用：①催化磷酸酯鍵水解，降解有機磷酸酯、芳香羧酸酯和氨基甲酸酯等，對有機磷酸酯毒性起到一定的防護作用；②保護低密度脂蛋白免受氧化修飾，降低體內氧化修飾型低密度脂蛋白水平；③可以破壞和減少低密度脂蛋白在氧化修飾過程中產生的具有細胞毒作用的溶血磷脂和氧化型磷脂，使之變成對人體無害的物質；④作為高密度脂蛋白的組成成分，不僅具有螫合過渡金屬離子、中斷脂質氧化鏈式反應的作用，還具有攝取、儲存、轉運防止或減少脂質氧化產物聚集及酶解清除氧化產物的作用。目前研究證實，PON-1活性改變與許多疾病的發生有關，如PON-1活性在腦梗死、肝臟疾病及家族性高膽固醇血癥和II型糖尿病患者顯著降低。Verit等研究發現，精漿中PON-1活性與精子數量、精子活動性和精子形態學改變高度相關，PON-1活性降低是導致男性不育的危險因素。國內關于PON-1活性與男性不育方面的研究尚未見報道。作為一種脂質抗氧化酶，PON-1對不育男性精液中高水平的活性氧是否具有清除作用，與活性氧造成精子損傷的其他指標是否具有相關性，能否作為一種新的抗氧化劑治療男性不育，這些都值得進一步研究探討。

5 結語

生殖系統內適量活性氧是精子獲能和頂體反應所必需的，過量則使精子膜、線粒體、及核DNA完整性受損，使精子運動功能減退進而導致男性不育，這些已為臨床所證實。但如何清除活性氧并進行有效抗氧化治療還是有待解決的問題。研究發現，高劑量的某些抗氧化劑可能具有胚胎毒性和致畸作用，且單用一種抗氧化物療效并非最佳，多種抗氧化物協同作用常常具有較好的效果，如脂溶性和水溶性抗氧化物聯合治療。因此，選擇清除活性氧的抗氧化物，建立有效清除活性氧的方法，對治療活性氧引起的男性不育癥具有重要意義。

（郝興霞，楊敬英，龔道元，活性氧與男性不育相關研究進展[J]醫學綜述2011年9月第17卷第18期：2726-2728)

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