精子DNA损伤与精液质量关系的研究进展

汪瑶瑶综述，曾向阳，孙建明审校（南华大学附属郴州市第一人民医院泌尿外科二区，湖南郴州423000）

精子DNA损伤与精液质量关系的研究进展

汪瑶瑶1综述，曾向阳1，孙建明1审校（南华大学附属郴州市第一人民医院泌尿外科二区，湖南郴州423000）

精子；DNA损伤；精液；精子密度；精子活力；精子形态；综述

一直以来，不孕不育症都是困扰我国育龄夫妇的一个严重问题。目前，约10%的育龄夫妇患有不孕不育症，其中约50%由男性因素引起，且有逐年上升趋势[1]。该病病因复杂、个体差异大。既往对于男性不育症的研究主要集中在精索静脉曲张、勃起功能障碍、生殖道感染等方面。目前，精液常规检查已作为测定精液质量和男性不育因素的第一指标，主要体现在精液浓度、精子活动度及形态学方面，在精液常规分析和生殖辅助技术方面都占据重要地位。然而，若单一用精液常规检查来评估男性的生育能力，世界卫生组织（World Health Organization，WHO）则批评其鉴别力不足[1]。这可能与精液本身易受时间和外界环境干扰，以及操作人员的主观性和误差性有关。据统计，精液常规检查在评价男性生育力方面仅有70%的准确性，精液质量正常也不能排除异常生育能力的可能性。因此，单凭精液常规检查评估男性生育能力已不能满足临床诊疗需要。为此，研究新的指标以区分生育与不育男性是必要的。随着人们对男性不育相关因素的探索，精子DNA损伤作为一项新的评价精子功能的指标，已日趋广泛地应用于男性不育症的研究中。近年来，关于精子DNA损伤与精液质量及形态学的关系已逐渐成为研究的热点。本文就目前精子DNA损伤与精液质量及形态学关系的相关研究进展作一综述，为男性不育症的诊断、治疗及预防提供依据。

1 男性不育与精液质量

精子与卵子结合后形成受精卵。在受精卵形成及胎儿的发育过程中，一般人常常只注意母体因素对胎儿发育的重要性，因为卵子的受精及发育成长都是在母体中进行，故认为母亲的责任重大。殊不知，父亲的精子质量也同样影响其发育，特别是精子密度、活动度、形态等因素。因此，男方的身体素质、生殖系统病变、内分泌代谢紊乱以及某些外界因素，如吸烟、吸毒、酗酒、环境污染、药物滥用、长期接受放射性物质及有毒物质（镉、砷、铅、苯等）、精神心理因素等都影响着精子质量及形态。其中生殖系统病变引起不育症在临床上最为常见，如精索静脉曲张、隐睾、睾丸肿瘤、输精管梗阻、泌尿生殖系炎症（如慢性前列腺炎、睾丸附睾炎、尿道炎、精囊炎）等[2-3]。由此可见，精液质量与男性不育密切相关，这可能与精子液化时间延长、少精、弱精、畸形精子及睾丸异常等相关，从而导致精子的活力、形态和受精能力下降，造成不育，其中以精子形态异常影响最为显著。有研究发现，因精子形态异常导致生育力低下或不育，在不育症患者中比例达30%～40%[4]。罗开玲等[5]认为，精子的形态正常与否与女性是否受孕有直接关系，正常形态的精子越多，女性受孕率越高。蒋玲等[6]发现，在反复自然流产患者中，其男方的精子密度、活率、活力及正常形态的精子均减少，而畸形精子增多。王瑞雪等[7]指出，流产患者丈夫的正常形态精子率较健康人明显下降。这可能是精子形态异常，导致精子运动速度减慢，不能到达输卵管，无法与卵子结合，使精子丧失受精能力而导致不育。因此，精子密度、活力及形态与男性不育密切相关。

2 精子DNA损伤与男性不育

精子DNA损伤与男性不育在病因及发病机制等方面有较多相似点，也常与生殖系统疾病、内分泌代谢紊乱、化疗、放疗、某些化学毒性物质（如铅、镉）及环境因素等有关。精子DNA损伤主要通过生精过程中的细胞凋亡、运输过程中的氧自由基影响及包装过程中染色质异常三方面影响男性不育。由于精子DNA是遗传信息的载体，因此，精子DNA受到损伤会导致精子功能和受精能力下降，从而发生不育。有研究发现，氧自由基与精子DNA损伤密切相关，其损伤与氧化应激呈正相关，与胚胎质量和受精率呈负相关，精子DNA损伤可以使精子的受精能力下降，妊娠率降低，流产率增高，出现低妊娠、高不育、高流产[8]。有文献报道，近20%的特发性不育与精子DNA损伤有关，其对生育的影响涉及多个环节，如受精、着床、植入以及胚胎存活等[9]。因此，精子DNA损伤作为一项新的评价精子受精能力和男性生育能力的指标，无论在体内或体外受孕时都具有更好的诊断性和预测性。Rybar等[10]指出，在不育症患者中，精子DNA受损较健康人比率明显升高。说明精子DNA损伤与男性不育密切相关。精子DNA碎片指数（DNA fragmentation index，DFI）是目前较常用的评估精子DNA损伤程度的指标。DFI可以间接反映精子遗传物质的完整性，因此，对不育症患者，可以通过DFI值的变化进一步了解精子DNA损伤的程度，从而更好地用于评估、预测男性的生育能力及治疗和预防。Bronet等[11]发现，当DFI＞27%时，女性受孕率及妊娠率会大大下降，将不能获得妊娠。因此，对于不育症患者，若能把DFI值控制在27%以下甚至更低，将会大大提高男性患者的生育能力，给不孕不育患者带来希望。由此可见，精子DNA损伤与不孕不育关系密切。

3 精子DNA损伤与精液质量的关系

在不孕不育患者中，由精子DNA损伤引起不育症的比例较高。据文献报道，近20%的特发性不育与精子DNA损伤有关[9]。因此，在男性不育患者中，除精液常规检查外，精子DNA损伤检测也具有重要意义。通常精液质量的异常表现主要在精子密度、精子活力及精子形态学三方面，其中以形态学变化更为突出。因此，越来越多的学者设想，若精子DNA损伤与精液质量二者病因相似，则精子DNA损伤与精子密度、精子活力及精子形态学之间可能直接相关；若能将二者同时应用于男性不育的研究，可能使男性的生育能力得到更客观、更科学的评估。近年来，关于精子DNA损伤与精液质量的关系已逐渐成为研究的热点。现分别从精子DNA损伤与精子密度、精子活力及精子形态学3个方面进行概述。

3.1 精子DNA损伤与精子密度精子DNA损伤的机制主要包括凋亡异常、氧化应激、精子染色质组装缺陷3个方面。因此，这些因素异常将会导致精子密度、活力的改变。Amiri等[12]发现，精子DNA损伤会影响精子密度。有资料表明，少精症、弱精症患者的DFI值明显高于正常水平[13]。说明DFI值与精子密度呈负相关，精子密度越少，精子DNA损伤越严重。相关研究表明，在少精症的泌尿系炎症患者中也发现其精子DNA有相应损伤，这可能与精液中异常增多的白细胞诱导精子产生过量氧自由基，损伤精子DNA结构的完整性有关[14-18]。由此可见，精子DNA损伤与精子密度密切相关，精子密度越低，精子DNA损伤越严重。

3.2 精子DNA损伤与精子活力在精子的形成过程中，染色质紧密浓缩，保持着精子DNA的完整性。若染色质浓缩过程异常，如线粒体功能下降等，导致精子更易受外界因素的干扰，加重精子DNA损伤，导致男性不育。有研究发现，精子DNA损伤越严重，其线粒体功能越差，精子活力减弱越明显[19]。Camile等[20]在男性不育症患者中发现，不育症患者精子线粒体功能低于正常生育男性，精子活力显著下降。说明精子DNA损伤可导致精子活力下降。另外，氧化应激也是引起精子运动能力下降、精子DNA损伤的原因之一，可能与氧自由基改变了精子膜的流动性有关。有研究指出，随着氧自由基的增多，精子DNA损伤会逐渐加重，可进一步导致精子活力降低[21]。Rybar等[10]也发现，不育患者的精子DNA损伤较正常生育男性明显增加，而且其损伤与精子活力有明显相关性。有报道指出，精子DNA的损伤程度与精子总活动率呈负相关，而对精子的前向运动率则关系不大[22]。说明精子DNA的损伤影响精子运动活力，但对精子的运动方式影响不大。因此，精子DNA损伤可以使精子的运动速度减慢，活力降低，精子难以与卵子结合形成受精卵，从而导致不育。

3.3 精子DNA损伤与精子形态精子的形态与男性不育息息相关，在常规精液分析和生殖辅助技术方面都占据重要地位。任何精子形态学上的缺陷都可能导致精子功能下降、DNA损伤、男性不育。有研究指出，精子正常形态率不仅与受精过程密切相关，而且精子形态的正常与否在一定程度上也反映了精子染色质浓缩程度[23]。在精子的形成过程中，染色质的核蛋白经历了从组蛋白-过渡蛋白-鱼精蛋白的转变，以维持精子的正常形态和精子DNA的完整性。任何原因引起的组蛋白、过渡蛋白向鱼精蛋白的转化障碍，鱼精蛋白自身缺陷或功能异常，均可使组蛋白和过渡蛋白增多，而鱼精蛋白减低，精子染色质浓缩过程异常，加重精子DNA损伤。在未成熟精子和畸形精子的细胞核内含有大量组蛋白，这使鱼精蛋白含量降低，与DNA结合疏松，引起染色质结构松散，导致精子DNA损伤。有研究显示，DFI与精子正常形态呈负相关，精子形态异常的患者，其精子DNA损伤较高，表明精子DNA损伤可以影响精子的形态，这可能与精子DNA损伤引起精子畸形率增高有关[24-26]。舒金辉等[27]和Derijck等[28]也发现，不育症患者异常形态精子数目越多，DFI值越大，二者呈显著正相关，且以精子头部异常较明显。有学者指出，氧自由基含量与精子形态呈正相关，氧化应激反应越明显，精子DNA损伤越严重，异常精子百分率越显著[22]。Cohen-Bacrie等[29]也有类似发现。有研究发现，当精子DFI≥40%时，精子正常形态率、顶体完整率均明显降低，尤其是正常形态少于5%的严重畸形精子症组，精子DFI值显著增加[30]。说明DFI值能反映精子DNA损伤，与精子的正常形态率、顶体完整率呈负相关。Muratori等[23]在研究精子畸形率与精子核成熟度的关系时发现，随着精子畸形率的增加，精子核成熟度逐渐降低，精子DNA损伤逐渐加重[31]。Hauser等[32]的研究证实，精液中过量活性氧的主要来源是白细胞和畸形精子，过量活性氧会损伤精子DNA结构的完整性，进而产生较多畸形精子，而畸形精子又会加重精子DNA的损伤。二者相互影响，恶性循环。由此可见，精子形态与精子DNA损伤密不可分。

4 展望

一直以来，精液常规分析都被用作评价男性生育力的主要指标，但由于精液常规检查的局限性，导致其已不能对精子的受精能力及男性的生育能力进行准确评价。精子DNA损伤作为一项新的评价精子功能的指标，已日趋广泛地应用于男性不育症的研究。而关于精子DNA损伤与精液质量及形态学的关系也逐渐成为研究的热点。虽然精子DNA损伤与精液质量密切相关，但由于男性不育的复杂病因及机制，关于精子DNA损伤与精液质量检查在男性不育及辅助生殖技术（assisted reproductive technology，ART）的结局，国内外仍无统一的意见。对于二者之间具体的定性、定量关系，甚至精子DNA损伤的具体定位、诊断和治疗方法以及如何降低精子DNA损伤，如何提高不育患者的生育力或ART成功率，如何减少出生缺陷等都需要进一步研究。尤其是对于合并有精子DNA损伤的不育患者的子代健康问题，国内外很少有明确的随访及研究报道。因此，精子DNA损伤与精液质量的相关性研究有较深远的理论意义和临床实用价值，有望成为众科研工作者研究的热点。

综上所述，精子DNA损伤与精子密度、活力及形态等密切相关。精子DNA损伤与精液质量对男性不育症具有相对特异性，二者可作为评价受精能力与生育能力的重要指标；同时，从基因学和细胞学角度为男性不育症的研究做出了创新。精液常规检查通常采用WLJY-9000型伟力彩色精子质量检测系统，而精子DNA损伤的检测方法较多，如精子染色质扩散试验、彗星试验、精子染色质结构分析法及荧光原位杂交法等，但目前尚未制订一套能够广泛应用于临床的简单易行、标准化的精子DNA损伤筛选方法。精子DNA损伤程度的评估目前较常用的是DFI值。因此，临床上若能具体了解精子DFI值与精子密度、活力及形态学之间的关系，将会更有效、更准确地评估男性的生育能力，进而通过有效、合理、全面地对因、对症治疗，如戒烟、戒酒、远离不良环境、使用抗氧化剂、采用辅助生殖技术等，争取把DFI值控制在27%以下，甚至更低，为不孕不育患者选择科学、合理的助孕方式，提高生育力，增加妊娠率，降低流产率，减少患者痛苦和经济负担，给不孕不育患者带来更多的希望和曙光。相信未来精子DNA损伤与精液常规检查在男性不育症中均会占据举足轻重的地位。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2014.11.024

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1009-5519（2014）11-1657-04

2013-12-26

2014-02-16）

汪瑶瑶（1986-），女，湖北钟祥人，在读硕士研究生，住院医师，主要从事泌尿外科工作；E-mail：491653622@qq.com。