维生素D及其受体与雄性生殖

贾新转魏 兰王咏梅

1. 河北医科大学第四医院（石家庄 050011）; 2. 河北省胸科医院

维生素D及其受体与雄性生殖

贾新转1魏 兰2王咏梅1

1. 河北医科大学第四医院（石家庄 050011）; 2. 河北省胸科医院

一、维生素D及其受体

（一）维生素D的来源及代谢

维生素D主要来源于紫外线照射后皮肤中合成及食物摄取。维生素D在小肠吸收，经淋巴循环入血，循环至肝脏后，经25-羟化酶（由CYP2R1编码）作用变成25(OH)D。25(OH)D是循环中维生素D的主要形式，并认为是反映血清维生素D水平的可靠指标。5(OH)D再经肾脏1-α羟化酶（由CYP27B1编码）的作用生成有生物活性的代谢物1, 25(OH)2D3，与外周靶细胞的维生素D受体结合，发挥多种生物活性作用。24-羟化酶（由CYP24A1编码）可使循环中各种形式的维生素D灭活。

（二）维生素D受体（VDR）

活性维生素D主要通过与靶细胞内VDR结合、介导及调节靶基因转录发挥其生物学作用。近年来研究表明，VDR除存在于肠、骨、肾等经典靶器官外，还广泛分布于多种组织器官中，其中包括睾丸、精子等。VDR是核受体超家族成员，其实质为一种配体激活的转录因子，其生物学作用通过基因组、非基因组两种机制介导[1]。

核维生素D受体（nuclear vitamin D receptor，VDR）为细胞内特异性受体。1, 25(OH)2D3与nVDR结合后可导致后者构象改变，使两者稳定结合，并可促使视黄醇类x受体（retinoid X receptor，RXR）与nVDR形成异二聚体。复合物还能特异性地通过’-RXR-VDR-3’的极性与靶基因VDR反应元件（VDRE）形成高亲和力的结合。因此，细胞对, 25(OH)2D3反应性的差异可通过nVDR表达水平不同来解释[2]。

非基因组机制介导的效应即膜维生素D受体（mVDR）与1,25(OH)2D3特异性结合，通过蛋白激酶c、Ca2+通道等通路发挥作用。有研究表明,25(OH)2D3在以下方面均发挥了非基因效应：小肠

a2+的快速吸收、破骨细胞Ca2+、Cl-通道的快速开放以及胰岛素的分泌等[3]。

二、维生素D在雄性生殖中的作用

维生素D及其代谢酶在睾丸组织、雄性生殖道和人类精子中均有表达，表明雄性生殖器官是维生素D的靶器官。维生素D在雄性生殖方面发挥作用。

（一）维生素D与雄性生殖器官

有研究显示注射氚标记维生素D后，大鼠睾丸和附睾内的25(OH)D、1, 25(OH)2D3及24, 25(OH)2D3的水平高于其他器官，提示生殖器官可以调节维生素D局部反应性。睾丸中VDR对1, 25(OH)2D3有高亲和力[4, 5]，但没有特异性[6]，这提示血清中充足的1, 25(OH)2D3的浓度可使性腺维生素D受体活化。在人类生殖系统，VDR主要表达于生殖细胞和未成熟的支持细胞[7]，而在鼠类生殖系统中，VDR表达于生殖细胞、未成熟或成熟支持细胞[8]，这就阻碍了从鼠模型的结果推论至人类的假设。

睾丸与其他组织相比，1-α羟化酶（CYP27B1）和25-羟化酶（CYP2R1）表达更高[9]。CYP2R1在睾丸间质细胞和生殖细胞中均有表达[7]。睾丸内CYP2R1表达下调，可能使生殖细胞数量下降，导致精子受损[10]。睾丸内CYP2R1表达下调的男性与正常精液男性比较，血清中25(OH)D水平降低，推断睾丸内的CYP2R1对机体25羟基化很重要[10]。这个发现是比较吸引人的，因为人类睾丸与肝脏相比，前者CYP2R1的表达率相对较高[9]。然而，多项研究表明机体内25羟基化主要在肝脏内。但是，在睾丸去势的鼠体内，观察到肝脏CYP2R1升高，这提示睾丸可能至少是产生肝脏CYP2R1的调节因子，从而影响血清25(OH)D水平。

在肾脏、前列腺及乳腺中，LRP-2跨膜蛋白（巨蛋白）和cubulin蛋白促进25(OH)D结合蛋白进入细胞内。这两种蛋白在雄性生殖道均有表达[11]，并可能促进维生素D蛋白结合物进入细胞内。在鼠[12]、人类[7]，VDR及维生素D代谢酶在附睾不同部位（头、体、尾）、前列腺及精囊腺均有表达。精子通过附睾头、体尾时，附睾调节精浆成分。在远离附睾的部位，精浆中Ca2+浓度下降，P-浓度上升，这可能对精子成熟有重要作用，并与精子活力诱导有关。在射精过程中，精子遇到前列腺和精囊腺分泌的液体，该液体中的Ca2+浓度较血清中高两倍，这可能是精子进入女性生殖道的环境准备。

维生素D在输出小管与附睾的功能应该与其在肾脏的功能具有可比性，因为它们有同样的发育起源[13]。肾脏中维生素D的主要功能是跨膜Ca2+转运，包括TRPV6、钙结合蛋白[14]。TRPV6在附睾中表达，而在敲除TRPV6小鼠中附睾Ca2+吸收下降，导致精子活力下降和雄性不育[15]。

（二）维生素D与性激素

1. 睾酮：随着年龄升高，血清25(OH)D和性激素水平下降，而血清性激素结合球蛋白（SHBG）水平升高[16]。在青年人体内血清25(OH)D水平与SHBG正相关[17, 18]，而在老年人体内这两者不相关[19]。

维生素D缺乏常伴有低钙血症，可能是低钙血症对靶组织发挥作用，而不是维生素D受体直接介导。有研究发现，在维生素D缺乏的小鼠中血清睾酮水平低，注射1, 25(OH)2D3后睾酮水平可上升2～5倍。另一研究显示，在血钙正常、维生素D缺乏的小鸡与血钙正常、维生素D充足的小鸡中，血浆睾酮水平是具有差异的。关于人初级睾丸细胞体外培养的相关研究提示，维生素D可增加睾丸细胞分泌睾酮[20]。

总之，维生素D通过调节钙、磷稳态和SHBG的生成，间接影响睾酮合成。人类相关研究的资料有限，有待于进一步探讨。

2. 雌二醇：CYP19A1编码芳香化酶，芳香化酶可使睾酮转化为雌激素，CYP19A1有多重启动子，在靶组织中依赖启动子活性进行不同调节[21, 22]。1,25(OH)2D3与存在于CYP19A1启动子内的维生素D反应元件（VDRE）结合，在乳腺癌、骨组织中抑制或诱导组织特异性芳香化酶转录[8, 21, 23]。CYP19A1启动子1，4可能对生殖细胞起作用[24]。睾丸内60%芳香化酶由生殖细胞产生[22]。睾丸组织内雌二醇水平很高，但男性血清中雌二醇水平低。

在体外，1, 25(OH)2D3可诱导幼鼠支持细胞芳香化酶的表达[8]。另外，两种敲除VDR的小鼠模型试验显示，1, 25(OH)2D3在睾丸和附睾中对雌激素信号有显著影响[23]。

在VDR缺失[23]与CYP19A1缺失的小鼠模型研究中发现迟发性雄性生育能力受损[22]；而在VDR缺失与雌激素受体α（ERα）缺失的小鼠研究发现精子活力下降和不育，考虑为睾丸和附睾头液体重吸收下降所致。对VDR缺失小鼠[23]补充钙和雌激素，显示精子发生和精子活力下降是可逆的，进一步证实了雄性生殖器官内VDR和雌激素的关系。

VDR缺失小鼠和同种鼠模型对比，血清雌二醇水平无显著差异[23]，关于青年男性的3个横断面研究[17, 18, 25]发现，血清雌二醇水平与25(OH)D无显著相关性。提示与性腺相比， VDR缺失引起全身雌激素信号异常的作用不明显。

3. 睾丸多肽激素：抗苗勒氏管激素（AMH）由人类未成熟支持细胞（表达VDR）生成，与雄性生殖道的发育有关，而AMH在成人中的作用暂不清楚[26]。一个队列研究报道血清25(OH)D与AMH正相关，成年男性补充维生素D3可调节AMH的产生[27]。AMH启动子包含VDRE，因此认为1,25 (OH)2D3对AMH产生具有直接刺激作用；而动物实验研究并没有证实维生素D对人类睾丸AMH生成作用的假设，人类VDR与AMH的相关性需要进一步证实。

抑制素B（inhibin B，INH B）有α、β两个亚单位，α亚单位由支持细胞产生，β亚单位由生精细胞产生，前者转移到生精细胞合成具有活性的二聚体。成熟的支持细胞产生雄激素结合蛋白（ABP）。INH B对促卵泡激素（FSH）分泌具有负反馈作用，ABP结合雄激素有利于生精过程。ABP与SHBG的结构及性质相似，主要区别可能为基因表达后蛋白修饰基团的不同。SHBG决定雄性生殖管道内游离雄激素水平。在VDR缺失小鼠与同种小鼠对照研究发现，睾丸SHBG和INH B转录水平没有差异性，而血清FSH和LH水平是有差异性的[6]。此外，在正常男性群组研究中，血清中25(OH)D和FSH、INH B没有相关性[5, 17, 18, 25]，因此VDR对于睾丸SHBG或INH B的表达无明显作用[8]。

（三）维生素D和雄性生殖

有研究提示维生素D有益于雄性生育[28]。有研究提示Ca2+可调控精子活力[29]。维生素D缺乏的大鼠，通过改善低钙血症可恢复其生育力，提示维生素D通过Ca2+间接影响生育力；而血钙正常伴维生素D缺乏大鼠的精子授精，与血钙正常伴维生素D充足大鼠的精子授精相比，前者妊娠率仍显著下降[30]，推测维生素D对雄性生育能力也有直接影响。

关于VDR缺失小鼠模型的生殖研究显示，其精子数量显著下降（40%），精子活力下降（9倍），从而导致不育[23]。补钙后可改善精子质量和生育力，但只有同时补钙与雌激素后才可使精子质量和生育力达到正常水平[23]，这表明机体中钙和雌激素的变化可影响雄性生育力。VDR缺失小鼠模型生殖管道

Rβ低表达和ERα高表达，提示VDR缺失可降低雌激素应答性，这可能最终介导维生素D对精子活力的影响[15]。

维生素D缺乏（＜2 5 n m o l/L）或不足（＜50nmol/L）的男性与维生素D充足的男性相比，前者精子活动力显著降低[5, 31]。在一般人群[5]、有生育能力的男性[31]和不育男性[31]研究中显示，维生素D与精子活力正相关[5]，精子形态学与血清25(OH)D水平正相关[5, 31]，而大量研究[31]发现血清25(OH)D与精子总数、精子浓度无相关性。

1, 25(OH)2D3对精子活力的影响可能是通过附睾不同部位Ca2+变化介导的，同时1,25 (OH)2D3对人类精子的非基因作用诱导也是有效的[32]。在动物及人类相关研究中均发现在体外1, 25(OH)2D3诱导精子活力。

（四）维生素D代谢的调控

睾丸中表达Klotho，Klotho与FGFR1或

GFR3相互作用生成FGF23特异性受体。在肾脏，FGF23下调CYP27B1、诱导CYP24A1和抑制,25(OH)2D3的生成。雄性生殖细胞表达FGFR1、GFR3，使睾丸成为FGF23的靶器官。敲除Klotho 与FGF23的小鼠出现雄性不育。FGF23类似物

TH、PTHrP，可使1,25-(OH)2D3的生成增加。

THrP可由生殖细胞产生，其特异性受体PTHR1 和PTHR2也在睾丸表达。降钙素和降钙素相关肽对雄性生殖及肾脏维生素D代谢均发挥作用，但其受体只在睾丸间质细胞和精子表达，限制其在肾脏发挥作用。

已知性激素是1-α羟化酶调节因子，雄性生殖器官均有雌激素受体（ER）表达，提示雌二醇对生殖道所有部位均有调节作用，但其机制尚未阐明。而雄激素受体（AR）在生殖道上皮细胞表达，在人体中未成熟支持细胞表达VDR但不表达AR，成熟支持细胞表达AR但几乎不表达VDR[33]。VDR表达下降，可能是由于睾丸支持细胞成熟过程中AR表达的诱导。

有证据表明1,25(OH)2D3直接介导CYP27B1下调和CYP24A1上调，并提示维生素D的局部代谢可能受睾丸负反馈调节。有研究推测血循环25OHD水平或者1,25(OH)2D3水平可能影响睾丸维生素D代谢酶和VDR的表达水平。然而，大鼠注射1,25(OH)2D3后睾丸VDR未见明显变化；在关于健康与不育男性的精液的相关研究中，发现血清25(OH)D与CYP24A1的表达无相关性[34]。因此，不能认为血清维生素D代谢水平决定睾丸内维生素D代谢。

结 论

在啮齿类动物及人类的睾丸、生殖道均存在维生素D代谢，其对精液质量的影响可能是直接介导，或通过调节附睾不同部分Ca2+改变间接介导。由于人类生育潜能比啮齿类动物要低很多，且在两个种属的关键信号通路存在区别，所以由小鼠试验推断人类结果是有疑问的。

人类1,25(OH)2D3可通过快速非基因性介导细胞内Ca2+增加，诱导精子活力。但对维生素D缺乏的不育男性补充维生素D是否可以改善精子活力有待于进一步研究。

在人类维生素D介导的大多数作用是专有的旁分泌作用，其中VDR担当转录因子。生殖系统基因转录或者蛋白表达的改变，很少影响全身，且不受血清25(OH)D的影响。1,25(OH)2D3除了直接影响性腺，还可通过调节因子（包括降钙素，FGF23等）间接调节睾丸功能。

关键词维生素D; 维生素D受体; 生殖; 精子

参 考 文 献

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（2014-12-04收稿）

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2015.03.015

中图分类号R 698.2