人精子鱼精蛋白与畸形精子的相关性

陈小均，贾玉森，张志杰

男性不育症是男科临床常见疾病，大约15%的夫妇因在1年内无法生育而寻求治疗，其中50%与男性因素有关[1]。畸形精子症是男性不育症的常见类型；国内学者研究发现，在男性不育症患者中畸形精子症的发生率约为26.26%～51.60%[2]。畸形精子症的病因复杂，影响因素较多。人类精子中的鱼精蛋白（protamine，PRM）作为精子变形期与成熟期的重要蛋白，在精子核染色质凝集过程中发挥重要作用，与精子形态关系密切，近年来成为研究热点。现就近年来人精子鱼精蛋白与畸形精子症的相关文献进行综述，以期为畸形精子症的治疗及研究提供方向。

1 鱼精蛋白概述

鱼精蛋白又称精核蛋白，是一种富含精氨酸的碱性蛋白，根据氨基酸的组成及序列可分为两类，一类是PRM1，另一类称为PRM2家族，包含PRM2、PRM3和PRM4。PRM1存在于所有脊椎动物精子细胞中，PRM2主要存在于哺乳动物精子细胞中。人鱼精蛋白是在精子发生过程中形成的；在精子细胞变形及精子成熟过程中，核内的组蛋白首先转换成过渡蛋白，接着精子细胞新合成的精核蛋白取代了过渡蛋白，形成成熟精子内的精核蛋白，促使精子中的核基质与核蛋白之间的结合更紧密，从而使核内染色质高度富集、浓缩，防止精子基因组因内部或外部因素而诱发突变；鱼精蛋白富含精氨酸，所带正电荷和DNA负电荷紧密结合，并且鱼精蛋白分子与细胞内核分子通过半胱氨酸形成二硫键广泛交联，促使圆形精子细胞变为长形精子细胞，最终演变为成熟精子[3]。若鱼精蛋白的生物合成受阻，精子核蛋白组型会发生变化，精子不能充分分化成熟，导致精子头部异常的精子畸形。

文献中，对鱼精蛋白的检测方法有：色霉素A3染色法，鱼精蛋白异常的精子被着色，观察阳性精子数量[4]；苯胺蓝染色法，观察鱼精蛋白成熟度，小于70%被认为是异常[5]；还有直接电泳法、聚合酶链反应（PCR）检测鱼精蛋白mRNA表达、鱼精蛋白基因测序等。所有这些检测方法，目前尚无公认的参考范围，常用的方法为与正常组或空白对照组比较，评价有无差异。

2 鱼精蛋白异常与精子畸形

近年来国内外对鱼精蛋白与男性不育症之间的关系进行了较多的研究。在男性不育患者中，发现鱼精蛋白与精子畸形关系密切，鱼精蛋白异常增加精子畸形。Darmishonnejad等[6]研究发现，不育症患者的精子畸形率增加，鱼精蛋白缺陷率增加。杨雪梅等[7]对不育症患者按鱼精蛋白成熟度进行分类，鱼精蛋白成熟度≥70%组和＜70%组正常形态精子百分率差异有统计学意义[（6.71±3.29）%vs.（5.38±3.24）%，t=1.196，P=0.000]，且鱼精蛋白成熟度和正常形态精子百分率呈弱正相关（r=0.26，P=0.00）。Utsuno等[8]使用色霉素A3染色法染色精子，鱼精蛋白缺陷的精子着色为荧光绿的精子，计数200个，计算鱼精蛋白缺陷率；鱼精蛋白缺陷的精子头部大小、形态异常率明显上升；在精子核区有空泡的精子中，鱼精蛋白缺陷更为常见；头部异常精子的鱼精蛋白缺陷率更高。有研究发现，胞浆内单精子注射（ICSI）失败的患者，组蛋白与精子形态异常率呈正相关（r=0.54，P=0.02），与鱼精蛋白缺陷率呈正相关（r=0.60，P=0.01），与脂质过氧化强度呈正相关（r=0.60，P=0.01）；鱼精蛋白缺陷率与脂质过氧化强度呈正相关（r=0.50，P=0.03）[9]。与正常人比较，海洛因成瘾者的精子畸形率增高[（88.12±5.10）%vs.（6.67±2.68）%，P＜0.01]、鱼精蛋白异常率增高[（32.33±10.89）% vs.（5.56±0.85）%，P＜0.05）][10]。

畸形精子的鱼精蛋白异常率增加。在锥形头精子中鱼精蛋白缺陷率明显增加，染色质异常率和精子凋亡增加[4]。有研究发现，重度畸形精子症患者的总组蛋白/总碱性蛋白（TH/TP）、1型精核蛋白/2型精核蛋白（TNBP1/TNBP2）、TP/TNBP2值高于健康男性，差异均有统计学意义（P＜0.05）[11]。短尾精子组鱼精蛋白缺陷率比正常精子组增加[（22.6±6.9）%vs.（16.3±4.2）%，P＜0.05][12]。对一个无定型头精子畸形家族的研究发现，染色质凝聚异常，组蛋白-鱼精蛋白转换异常[13]。但也有学者研究发现，鱼精蛋白缺陷率虽然在少弱畸精组与正常组存在差异，但与畸形精子无关[14]。其原因可能是不同学者间的样本来源、含量不同。

可见多数学者认为鱼精蛋白缺陷与精子畸形有关，特别是精子头部畸形；畸形精子中鱼精蛋白缺陷率增加，鱼精蛋白缺陷能增加精子畸形的发生率，两者关系密切。

3 鱼精蛋白基因表达与精子畸形

编码鱼精蛋白的基因定位于16号染色体短臂（16p13.3），有研究认为鱼精蛋白表达情况可做为分子标记预测精子质量[15]，多项研究发现鱼精蛋白表达水平与畸形精子关系密切。在暴露于酚甲烷A的大鼠中，可发现精子畸形率增加，PRM2表达下降[16]。有研究发现，重度畸形精子症患者的PRM1/PRM2值比健康男性明显增高[（2.26±0.96）vs.（0.93±0.10），P＜0.05][11]。与正常生育男性比较，在复发性流产患者的配偶中，PRM1、PRM2表达下降，PRM1/PRM2值增高，精子正常形态率降低 [（2.35±0.21）% vs.（8.75±0.35）%，P＜0.01]；经治疗后PRM1、PRM2表达上调，精子正常形态率升高[（6.35±0.67）%vs.（2.35±0.21）%，P＜0.05][17]。有研究发现，正常男性PRM1和PRM2的mRNA表达的比值约为0.85～1.30，这个值低于0.85或高于1.30与男性不育症有关[18]。对23例辅助生殖技术（ART）失败患者的研究发现，16例低于0.85，7例高于1.30，认为异常的PRM1和PRM2的mRNA比值与ART失败密切相关[19]。与不吸烟男性比较，吸烟男性精子形态正常率降低[（13.06±16.52）%vs.（17.58±16.19）%，P=0.00]，鱼精蛋白表达量下降[（19.80±2.80）vs.（21.99±3.24），P＜0.05）]，PRM1/PRM2与精子形态正常率呈弱负相关（r=－0.29，P=0.00）[20]。有研究发现精子发生过程的形态变化与组蛋白-鱼精蛋白转换密切相关；鱼精蛋白翻译后修饰与组蛋白-鱼精蛋白转换有关[21]。这些均提示在畸形精子中鱼精蛋白表达下调。但孙昌瑞等[22]以GAPDH为内对照，采用荧光定量聚合酶链反应（FQ-PCR）检测30例体检健康组、83例少精子症组、61例畸形精子症组患者的精子PRM1和PRM2的mRNA表达水平，发现畸形精子症组与体检健康组差异无统计学意义（P＞0.05）。之所以出现不同观点，可能原因为研究机制不同（有的文献检测的是鱼精蛋白mRNA，有的研究检测的是鱼精蛋白基因序列异常），还有可能是检测的样本含量不同。

对正常精子和畸形精子鱼精蛋白表达的研究发现，畸形精子PRM1表达下降[（0.77±0.25）vs.（1.02±1.83），P＜0.001]、PRM2表达下降[（0.05±0.16）vs.（1.34±2.38），P＜0.001]、PRM1/PRM2升高[（10.69±33.73）vs.（1.06±0.61），P＜0.01）]，PRM1、PRM2及PRM1/PRM2影响精子的发生和成熟精子的功能。PRM2的表达量与正常精子形态率呈正相关（r=0.681，P＜0.000 1），PRM2低表达增加精子畸形率[23]。不育症患者的组蛋白和鱼精蛋白表达量比值与正常形态精子率呈负相关（r=－0.47，P＜0.01）[24]。敲除小鼠PRM1或PRM2基因后，小鼠精子形态异常、生育力严重低下[25]。这些提示鱼精蛋白表达下调后，精子畸形增加。

由以上可看出，PRM1和PRM2的表达均与精子形态密切相关，在畸形精子症患者中鱼精蛋白表达下调；而鱼精蛋白表达下调会增加精子畸形率。

4 鱼精蛋白基因多态性与精子畸形

在不同人群中，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）分布存在差异，SNP可反映出个体表型的差异，个体对疾病易感性的差异，对药物、环境因素反应的差异。因此，研究SNP有助于解释不育个体的表型差异、不同群体和个体对男性不育易感性以及对各种药物和环境因素反应的差异[26]。

对汉族不育患者的研究发现，PRM1基因C321A位点AA基因型频率显著高于生育男性（P＜0.01），分析显示AA基因型与男性不育症的遗传易感性明显相关（OR=4.24，95%CI：1.33～13.51），AA基因型患者精子正常形态比例等参数明显下降（P＜0.05）[27]。在畸形精子症患者中，对PRM1基因rs2301365位点进行基因分型，发现病例组AA基因型分布频率高于对照组（P＜0.05），提示PRM1基因rs2301365位点可能与中国汉族畸形精子症男性不育存在相关性[28]。不育症患者的PRM2基因G398C位点CC基因型频率高于生育正常男性，分析显示CC基因型与男性不育的遗传易感性明显相关（OR=2.002，95%CI：1.097～3.653，P＜0.05），CC基因型患者精子DNA完整性、核蛋白成熟度等精子功能参数明显下降[29]。对伊朗畸形精子症患者的研究发现，PRM2基因位点G398C和A473C多态性与畸形精子相关（P=0.001），认为这一多态性涉及精子质量、精子凋亡及精子形态[30]。意大利人群研究发现，PRM1基因C230A位点CA基因型和PRM2基因C373A位点CA基因型在畸形精子症患者低于其他组（畸形精子组37%，正常组47%，少精组64%），PRM2基因G298C位点GC基因型在畸形精子症中高于其他组（畸形精子组63%，正常组49%，少精组48%）[31]。鱼精蛋白基因多态性研究的Meta分析发现，在所有的模型中PRM1基因rs2301365位点均为男性不育症的危险因素，会使男性罹患不育症的风险增加27%～66%；PRM1基因rs737008位点和PRM2基因rs1646022位点在亚洲人中是男性罹患不育症的保护因素；PRM1/PRM2比值也与男性不育症存在强相关性；PRM2表达量异常会影响精子所带负电荷的电荷量，影响精子染色质凝聚与稳定性，从而导致DNA损伤，增加罹患不育症的风险；提示PRM1和PRM2表达量与精子发生存在密切关系[32]。

由以上可看出，在畸形精子症患者中鱼精蛋白基因多态性增加，在存在鱼精蛋白基因多态性的患者中，特别是PRM1基因rs2301365位点和PRM2基因G398C位点，鱼精蛋白表达异常，畸形精子率增加，与汉族男性不育密切相关。针对目前研究较多的鱼精蛋白基因多态性与精子畸形的关系，可增加检测位点及基因型，明确畸形精子症的易感基因型或单体型，将已明确的基因型或单体型作为分子遗传标记行分子诊断，用流行病学调查方法，明确高危人群及高危环境因素，对高危人群提出预防措施，如有研究发现吸烟可降低PRM1和PRM2的表达[20]；还可以对患病危险程度进行评估，可检测不同基因型或单体型对药物的反应差异，为个体化治疗提供实验依据。

5 鱼精蛋白异常的治疗方案

鱼精蛋白与不育症关系密切，学者们也进行了一些干预研究。西医药方面，谢金龙等[33]分别采用左卡尼汀口服液联合他莫昔芬和维生素E软胶囊治疗不育症，疗程为3个月，发现均能提高精核蛋白成熟率，并且左卡尼汀口服液联合他莫昔芬的治疗优于单用维生素E软胶囊[（14.6±6.7）%vs.（12.6±4.9）%，P＜0.01]。Hamidian等[17]采用维生素C治疗不育症，250 mg/d，疗程3个月，治疗后精子形态、鱼精蛋白缺陷得到改善，PRM1和PRM2的mRNA表达上调，PRM1/PRM2的比值改善，提示维生素C可增加鱼精蛋白基因的表达。Hashemi等[34]观察化疗药物（博来霉素、依托泊安、顺铂）对大鼠精子鱼精蛋白转化率的影响，发现奥米茄3（Omega3）对大鼠精子鱼精蛋白转换具有保护作用，与对照组比较差异有统计学意义（P＜0.001）。外源性瘦素的摄入可影响鱼精蛋白转换[35]，若同时服用褪黑素则可以阻止瘦素的这种不良反应[36]。在一项有氧运动、低脂和高脂饮食对肥胖和非肥胖模型小鼠睾丸组织和精子参数的影响研究中发现，有氧运动干预可显著改善肥胖组小鼠鱼精蛋白缺陷率（P＜0.05）[37]。

中医药方面，王旭初等[38]采用育子丸治疗精核蛋白异常的不育症患者，疗程3个月，治疗后精子精核蛋白水平提高，TH/TP比例下降[（0.72±0.32）vs.（1.34±0.52）]，而且精核蛋白构成改善，与治疗前比较差异有统计学意义（P＜0.01）。丁彩飞等[39]观察精灵口服液对腺嘌呤所致大鼠精核蛋白异常的影响，疗程为30 d，发现精灵口服液可提高大鼠精子精核蛋白的含量（模型组34 295±2 446 vs.治疗组39 359±2 735，P＜0.05），降低总组蛋白与精核蛋白的比值，改善大鼠睾丸、附睾内精子细胞的核蛋白构成；认为精灵口服液可促进精核蛋白的合成，纠正组蛋白-精核蛋白取代反应（histone-protamine replacement reaction，HPRR）阻滞。葛斌等[40]观察淫羊藿苷对腺嘌呤模型大鼠精核蛋白作用的影响，疗程为30 d，发现淫羊藿苷高剂量组（3.6 g/kg组）可提高精核蛋白相对含量（41 782±2 147 vs.32 360±1 217，P＜0.05），改善大鼠精子质量。

另外也有学者采用中西结合的治疗方法，如杨光等[41]选取畸形精子症患者，以复方玄驹胶囊联合胰激肽原酶治疗与单用胰激肽原酶治疗对照，复方玄驹胶囊3粒/次，胰激肽原酶120 U/次，均为3次/d，疗程为3个月；经治疗后2组患者的正常形态精子百分率[联合用药组（20.77±3.05）%vs.单药组（17.05±2.08）%]及核蛋白组型转换率[联合用药组（9.05±1.03）%vs.单药组（13.77±2.77）%]均得到明显改善，提示用药后正常精子百分率升高，精子核蛋白转换率降低，联合用药组疗效优于单药组（P＜0.05）。

从以上可看出，无论是西医还是中医，都对鱼精蛋白异常的治疗方案进行了探索，西医主要从抗氧化方面进行治疗，中医从补肾、活血、利湿等方面进行治疗，取得了一定疗效；但研究主要为增加鱼精蛋白表达、增加鱼精蛋白含量，未见有对鱼精蛋白基因多态性的干预研究。

6 结语

鱼精蛋白作为精子变形期与成熟期的重要蛋白，对精子的形态有着重要作用。大部分研究认为鱼精蛋白含量异常，鱼精蛋白表达异常及鱼精蛋白的基因多态性，均可出现精子形态异常，降低患者生育力。在畸形精子症患者中可出现鱼精蛋白缺陷、鱼精蛋白表达异常及鱼精蛋白的基因多态性，提示鱼精蛋白异常为畸形精子症的重要影响因素。故推测，鱼精蛋白多态性下调了鱼精蛋白表达，降低鱼精蛋白含量，在精子变形期使染色质浓缩异常，从而出现畸形精子。有学者采用抗氧化治疗方案及中医补肾利湿活血的治疗方案，获得一定疗效，但研究均较为单一、样本量均较少、随机对照研究较少、基础研究较少，仍需要进一步研究，加强基础研究，为畸形精子症患者提供有效治疗方案及依据。