活性氧对精子功能影响研究进展

邓龙生卢太坤陈进春邹 强综述 高亚辉审校

1.厦门市中医院男科（福建厦门 361009）；2. 厦门市中医院风湿肾科；3. 厦门大学生命科学学院

·综 述·

活性氧对精子功能影响研究进展

邓龙生1卢太坤1陈进春2邹 强1综述 高亚辉3审校

1.厦门市中医院男科（福建厦门 361009）；2. 厦门市中医院风湿肾科；3. 厦门大学生命科学学院

夫妇同居1年以上，未采用任何避孕措施，由于男方因素引起女方不孕者，称为男性不育。据国外资料统计：不孕不育的发病率是15%，其中男方因素引起的约占半数［1］。人类精液质量下降的趋势是无法轻易解决的问题，随着精子质量的下降，甚至有学者提出20年后：我们的精虫在哪儿［2］？活性氧（reactive oxygen species， ROS）导致的精子功能障碍是男性不育症的一个重要原因［3］，在生理情况下，ROS在精子功能上扮演着多种角色（如获能，顶体反应和受精）［4］。但当ROS含量过高超过机体抗氧化体系的还原能力时，会导致氧化应激，可引起精子膜脂质过氧化损伤、精子DNA损伤、精子线粒体损伤及细胞凋亡，从而破坏精子功能和存活［5］。本文就ROS的产生机制，ROS对精子的生理和病理作用，ROS的清除方法做一综述。

一、ROS的来源及对精子的影响

ROS主要由内源性和外源性的因素产生。精液中的白细胞和精子细胞是ROS的主要内源性来源，而吸烟、感染、精索静脉曲张、环境因素（如辐射，毒素等）可导致外源性ROS产生［6］。

（一）内源性来源

1. 精子细胞：精子细胞和未成熟/异常精子的精子细胞是ROS在精液中的主要来源。

精子细胞产生ROS主要有两个途径：第一种途径是精子膜上的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶NAPDH，包含精子膜上的酶复合物与其底物反应产生ROS［7］；第二种途径是线粒体呼吸链电子漏，精子线粒体呼吸链传递电子并不是十分完善，在一定的部位存在着漏电现象，泄露的电子与精浆中的黄嘌呤等氧化酶发生一系列的氧化反应释放ROS［8］。为了做好受精的准备，在精子发生、发展中的精子挤压细胞质。被淘汰的细胞质和残余细胞器，形成精子核空泡中多余的残留膜成分和受损的不成熟精子中段周围的多余胞浆，它们可以激活NAPDH系统［9］。因此，过量的残留细胞质液和多余的残留膜成分是ROS产生一个来源。不成熟的精子与围绕它的中段多余细胞质，存在运动障碍和异常形态，最终影响精子的受精［10］。

2. 白细胞：精液中的白细胞是ROS产生的一个主要来源。大量ROS导致氧化应激，会损害精子，从而影响精子正常受精能力。

精液中的白细胞很大一部分来源于前列腺和精囊。在炎症、感染时，白细胞会“呼吸爆发”，产生比未激活时高100倍的ROS［11］。Ali等［12］研究表明当精液白细胞水平＞1×106WBC/mL产生的ROS可诱导精子膜脂质过氧化损伤和精子DNA损伤。Ashok等［13］研究显示低水平白细胞精子症（0.1～1.0×106WBC/ mL）也产生ROS，它可诱发精子DNA碎片引起精子DNA损伤。不仅如此，Weihua等证实在慢性前列腺炎/慢性盆底疼痛综合征时，精浆炎性细胞因子IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子TNF-a升高，这些因子都导致精子膜脂质过氧化损伤，与精子活力呈负相关［14］。

（二）外源性来源

1. 吸烟：香烟烟雾［15］中含有大量致癌物和诱变剂，如尼古丁，一氧化碳等，对精子密度和运动性造成不利的影响。烟草的代谢物可导致炎症介质的产生，Zakar等［16］研究表明吸烟组精液中的白细胞浸润比非吸烟组的更高，升高的白细胞生成大量的ROS，从而引起精子DNA氧化应激损伤。尼古丁［17］引起的ROS增加会导致精子形态学的缺陷，缘于精子富含多聚不饱和脂肪酸而易受ROS的攻击。

2. 感染：许多微生物，包括大肠杆菌、淋球菌、支原体和衣原体等所致的泌尿生殖系统感染，可引起精液中的ROS增加，最终导致精子缺乏线粒体功能和DNA损伤，引起精子异常［18］。支原体感染后，可导致精子活力下降和增加精子的畸形率。衣原体可增加精子ROS生成从而影响精子的功能，诱导精子过早死亡［19］。

3. 精索静脉曲张：精索静脉曲张的男性不育症患者精液中有较高水平的ROS，容易诱导精子膜脂质过氧化损伤，引起精子DNA碎片指数的增加，导致精子DNA损伤。并且精索静脉曲张会下调睾丸的总抗氧化能力［20］。

4. 辐射：Gong等［21］研究报道总剂量为2Gy的ɣ射线，可引起小鼠睾丸重量显著降低，辐射后精液产生的ROS可诱导精子DNA损伤，精子细胞凋亡和超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性降低，丙二醛（malondialdehyde，MDA）增加。移动电话辐射提高了精子线粒体中ROS产生，降低精子活力同时刺激DNA的碱合物的形成，并最终导致精子DNA片段形成［22］。

5. 药物及环境污染物：化疗剂如甲氨蝶呤诱导大鼠睾丸损伤，导致睾丸生精小管萎缩和精母细胞凋亡，从而引起ROS增加，并且甲氨蝶呤大鼠组有显著升高的睾丸组织MDA水平和显著降低SOD的活性，最终导致精子DNA损伤［23］。农药如哒螨灵等使小鼠精液中的ROS显著增加，导致精子DNA损伤和精子染色质的异常［24］。研究表明，各种用于家庭和工业的塑料物中发现的邻苯二甲酸酯，容易损害精子发生和诱导精子DNA损伤。铜、铬、铅、锰等金属，可增加大鼠睾丸MDA水平，造成精子膜脂质过氧化损伤［25］。

二、ROS对精子的生理作用

正常生理情况下，在睾丸，男性雄性生殖细胞的增殖和成熟的过程ROS是必不可少的。ROS对于调节精子的受精过程也起着重要作用，如精子获能，顶体反应和精卵融合等［26］。只有激活精子，增加精子活力才能成功受精，ROS在精子的获能过程中，可增加胞内环磷酸腺苷（cAMP）水平。cAMP可以激活酶的表达，其中包括蛋白激酶的活性及其底物酪氨酸等磷酸化成纤维鞘蛋白。精子酪氨酸磷酸化蛋白调节精子顶体反应和精卵融合的过程。且ROS已经显示出可以增加精子-卵母细胞融合的膜流动性和速率，从而成功受精。

三、ROS对精子的病理作用

（一）ROS对精子膜脂质过氧化损伤

精子膜富含多聚不饱和脂肪酸，且具有多个双键，双键对于维持精子膜的流动性是必不可少的。不饱和脂肪酸特别容易受到ROS攻击，引起精子膜脂质过氧化反应。脂质过氧化反应使脂肪酸失去双键，进而使细胞膜失去流动性和破坏其完整性，抑制精子线粒体功能及包括腺苷酸环化酶在内的多种酶的活性，其结果，影响精子的顶体反应和精卵融合［25］。

（二）ROS对精子DNA的损伤

生理情况下，精子核由鱼精蛋白和DNA组成，它们紧密结合成环，使精子染色质高度紧密完整，免受ROS的攻击。然而，有研究发现男性不育患者呈现核染色质组装缺陷，导致精子DNA的易损性，继而使其易受ROS的攻击。精子DNA损伤包括碱基被修饰，生成移码、缺失、无碱基位点、DNA交联及染色体重排［27］。

ROS会破坏精子核内DNA的完整性，造成高频率的单链和双链DNA断裂。另外，ROS可引起精子细胞核碎裂，精子核DNA受损，最终导致男性不育相关的精液质量明显下降现象。已有研究表明精子DNA损伤后，会引起一系列的不良后果，如降低受精率，破坏植入前的胚胎发育，增加流产率，增加后代的发病率等。

因此，精子DNA完整性不但是提高受精率的关键，而且与优生优育也有十分密切的关系［28］。

（三）ROS对精子线粒体的损伤

精子线粒体是精子运动的能量源泉，其结构的完整性和功能状态直接关系到精子的活力。精子线粒体极为敏感，容易受到各种因子的影响，包括ROS。ROS造成线粒体的改变主要为：（1）ROS引起线粒体膜脂质过氧化反应，对于线粒体内膜危害最大。这将引起线粒体呼吸链的功能受损，抑制ATP合成功能。（2）损伤精子线粒体DNA（mitochondrialDNA，mtDNA）。mtDNA为环形双股DNA。不与组蛋白和鱼精蛋白结合，为裸露的DNA。mtDNA缺乏有效的修复系统，并且，突变率高于细胞核DNA 10～100倍，易受到ROS的攻击造成氧化损伤。ROS改变精子mtDNA，将影响mtDNA正常合成编码蛋白，而精子线粒体呼吸功能需要这些蛋白的供给［29］。（3）ROS导致精子线粒体脱落，数量减少。ROS诱导线粒体内膜释放Ca2+。这样将会使精子的线粒体膜电位降低，引起精子线粒体数量减少，精子的凋亡率增加，精子的密度下降。精子能量的来源受损，精子运动能力也会受到影响［30］。

四、ROS的清除方法

（一）精液中抗氧化系统清除ROS

研究表明，精液中存在着抗氧化系统，它包括酶促和非酶促的抗氧化剂，酶促抗氧化剂包括超氧化物歧化酶，过氧化氢酶，谷胱甘肽过氧化物酶等。非酶促抗氧化剂包括维生素A、E、C和B族复合物，谷胱甘肽，叶酸，辅酶Q10和褪黑素，微量营养素如锌、硒、铜等。它们彼此密切相互作用，以确保对ROS的最佳保护［31］。

（二）抗氧化剂清除ROS

维生素E能显著降低MDA浓度，保护精子膜免受脂质过氧化损伤和提高精子密度。维生素C是一种水溶性抗氧化剂，可减少ROS对精子DNA损伤。维生素C和E联用能显著减少精子DNA损伤［32］。辅酶Q10通过对精子氧化应激和精子DNA损伤的保护作用来改善精液质量与提高妊娠率［33］。左旋肉碱可阻止ROS的产生及清除ROS，保护精子细胞免遭氧化损伤，并改善精子DNA完整性。此外，左旋肉碱还具有减少生精细胞凋亡、抑制精子聚集等作用［34］。

（三）天然抗氧化剂清除ROS

自然界有许多食物具有较好的抗氧化性能。如：藻类，鱼类等海鲜，富含膳食抗氧化剂，如维生素E、C、β胡萝卜素和酚类化合物，可改善氧化应激。海藻多糖可提高精子膜流动性和精子活力［35］。蜂王浆有较好的抗炎和抗氧化能力，可增加精子数量、成熟、运动和降低精子DNA损伤的百分比［36］。芹菜富含抗氧化剂化合物如芹菜素、维生素E和C等，可以减少氧化应激，保护精子细胞膜免受ROS损伤［37］。

（四）中草药抗氧化剂清除ROS

一些中草药表现出的抗氧化特性对精子功能起到有益的效果。如：枸杞子、菟丝子、淫羊藿、肉苁蓉、黄芪、野山楂等。其中淫羊藿［38］通过提高精浆SOD水平对链脲佐菌素诱导大鼠生精功能障碍起保护有益效果。枸杞多糖［39］对小鼠精子DNA的氧化损伤有保护作用。山茱萸［40］可以减少甲氨蝶呤引起的ROS增加导致的精子DNA损伤，保护线粒体膜免受氧化损害。并且很多中药复方也有很好的抗氧化作用。

五、小结

综上所述，ROS导致精子功能障碍是复杂、多机制的。有效地使用抗氧化剂清除ROS，是临床医师治疗男性不育症不容忽视的方法。但抗氧化剂的使用目前仍有以下问题需进一步研究。（1）有效的抗氧化剂，治疗剂量和疗程，有待明确。（2）单用抗氧化剂并没有提高怀孕率，有效的抗氧化剂联用提高怀孕率需进一步探明。（3）天然抗氧化剂与中草药抗氧化剂来源自然，副作用小，是否可以寻找一个靶点相结合有效地提高怀孕率，从而开发出新型的高效、经济、实用的天然配方，是一个新颖的研究方向。

致谢：本课题受厦门市科技局科技惠民计划项目（No.3502Z20154058）和厦门市卫生局第四批优秀中医后备人才基金资助项目（No.201539）基金项目资助

活性氧； 抗氧化剂； 精子； 男性不育症

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（2016-06-15收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2016.07.015