果蔬天然活性成分对雄性生殖障碍的改善作用

张遥遥，郝佳美，张柏林，任建武

（北京林业大学生物科学与技术学院，北京 100083）

雄性不育症是造成哺乳动物生殖问题的重要原因之一。世界卫生组织调查发现，存在不育现象的育龄夫妇约占15%，表明不育症已成为值得大家关注的一个全球现象。近年来研究发现，不育夫妇中，50%纯粹为男性因素。而由精索静脉曲张、睾丸创伤、暴露于治疗剂及毒素等造成的睾丸功能障碍，其作用机制一般包括氧化应激，炎症和凋亡[1]。在雄性不育治疗方面，天然果蔬发挥着独特的作用，如番茄红素对睾丸产生有益作用，食用富含番茄红素的西红柿、彩椒、葡萄、葡萄柚、芒果等果蔬被认为是治疗精索静脉曲张和男性不育症的新策略；佛手瓜对不育症有很好的疗效；无花果含有治疗不育症的有效成分；印度研究人员发现，许多热带水果可以治疗不育症[2]。

本文主要研究了常见果蔬中的天然活性成分在应对雄性不育方面的作用，并探索了果蔬天然成分的过氧化应激机制，以期为雄性不育的防治提供理论依据。

1 雄性生殖障碍及其原因分析

大量的研究表明，受精过程中的障碍与活性氧（ROS）过量引起的氧化应激有关[3]。哺乳动物精子处于高氧环境下会迅速失活，添加过氧化氢酶可改变这一现象，说明哺乳动物自身可产生减弱精子活力的过氧化氢。精浆中有多种细胞的混合物，精子细胞主要通过NAPDH 酶与底物反应、线粒体呼吸链漏电电子与氧化酶反应两种途径来产生ROS[4-5]。异常精子（未成熟精子、畸形精子）以及白细胞是导致ROS 过量的主要内源性物质[6]。高度敏感的生精细胞很容易受到高浓度ROS 的影响[7]。精子易受氧化损伤的原因有两个：一是，精子质膜富含不饱和脂肪酸，易与ROS 反应；二是，精子本身产生的对抗氧化应激的酶类严重缺乏，需要有力补充[8]。氧化应激可造成精子质膜、精子DNA、精子线粒体损伤，增加细胞凋亡，减少睾酮合成[9]，严重危害男性生殖健康。

氧化应激是精子功能恶化的重要原因之一，为抵抗ROS 攻击使精子免受氧化损伤，睾丸发育过程中发展了一系列有效的酶和非酶抗氧化系统，以确保精子及类固醇的正常生成而不受氧化应激的影响。酶抗氧化系统主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和硫氧还蛋白过氧化物酶（TPx）[10]。非酶抗氧化系统主要包括维生素C、α-生育酚[11]、谷胱甘肽[12]、牛磺酸[13]等。精液（SF）中的氧化防御系统也在睾丸发育和通过生殖道过程中保护精子抵抗ROS 的攻击。

2 常见果蔬提取物对雄性生殖障碍的改善作用

众所周知，果蔬是次生代谢产物的产源，且具有抗氧化特性。一些次级代谢产物作为抗氧化剂可通过清除ROS 或调节激素产生等方式缓解不育症。一些研究表明植物的次级代谢产物通过直接作用于生殖细胞消除ROS，或通过作用于一些酶类，如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和过氧化物酶来产生作用。目前对雄性不育的实验研究，大多数是通过构建多种动物模型进行。

2.1 枸杞多糖

许多果蔬多糖成分都有提高免疫力的作用，其发挥免疫功能的作用在于抗氧化能力，如枸杞多糖（lycium barbarum polysaccharide，LBP）可清除自由基能力很强，体外抗氧化能力十分突出。

张帆[14]以白消安为诱导剂建立不育模型，将50 只雄性昆明白小鼠分为模型组、正常组和三组不同LBP 浓度给药治疗组，即50、100、200 mg/(kg·d)。结果发现，LBP 可促进c-kit因子表达，增加生精小管细胞层数，有效改善白消安造成的小鼠睾丸生精功能损伤。申涌等[15]以甲醛（FA）为染毒物质，发现FA 可减小睾丸、附睾脏器指数，降低精子数量及活动力，增加精子畸形率，血清睾酮水平下降，LBP 给药组可缓解FA 造成的损伤。孙晶等[16]进一步研究LBP 对FA 造成的睾丸组织氧化损伤以及对多种酶活性的影响。随着LBP 浓度的升高，SOD 活性增加，MDA含量下降，且LBP 可增强睾丸间质细胞功能完整标志酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G-6-PD）及精子功能成熟标志酶山梨醇脱氢酶（SDH）活性。吉海杰等[17]发现LBP 对X射线造成的生殖病变也有一定的修复作用。顺铂（CDDP）是具有细胞毒性的细胞周期非特异性药物，其抗瘤谱广，为临床常用药物，可造成睾丸支持细胞（TM4）的氧化损伤。LBP 通过抑制MDA 含量升高，增强GSH 及SOD活性，并缓解顺铂的有害作用[18]。

2.2 原花青素

原花青素（proanthocyanidin，PC）是公认的能有效清除人体内自由基的天然抗氧化剂。葡萄、荔枝、黑果枸杞等经常被用来研究原花青素抗氧化功能的果蔬。有学者提出，葡萄籽原花青素能够有效降低大鼠隐睾细胞凋亡的程度，苹果多酚和葡萄原花青素共同作用能改善山羊精子质量，原花青素能有效缓解重金属镉对大鼠生殖系统造成的损伤，PC 可以缓解环境污染物砷造成的小鼠体质量及睾丸质量下降，增加精子质量，降低精子畸形率[19]。莲房原花青素（lotus seedpod procyanidins，LSPCs）可减轻极低频电磁场导致的睾体比、精子活率、SOD 活力的下降，畸形率、MDA 的上升，并可起到明显的预防作用[20]。葡萄籽原花青素（grape seed proanthocyanidin extract，GSPE）可减弱顺铂对睾丸支持细胞的生长抑制作用，降低顺铂造成的毒性作用。GSPE 不仅可以拮抗被诱导的TM4 细胞的氧化损伤，增强抗氧化酶活力，还可以增强正常睾丸支持细胞的抗氧化活力，起到一定的预防作用[21]。PC 还能够降低经玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA）染毒的支持细胞的凋亡率，提高T-SOD、GSH-PX 活性，降低MDA 含量，显著降低LDH 活性，显著提高GSH 含量、上调生精细胞Nrf2 及其下游靶基因GSH-Px、HO-1、γ-GCS、NQO1的mRNA 和蛋白表达量，从而保护ZEA诱导的鼠睾丸支持细胞氧化损伤[22]。

2.3 红景天提取物

红景天提取物具有良好的抗氧化性能，对氮自由基、羟基自由基的抗氧化作用明显。郭卓雨等[23]探讨了顺铂对造成小鼠睾丸支持细胞TM4 损伤可能的作用机制，发现当红景天提取物浓度为0.012 5～2.5 mg/L 时，可显著降低TM4 细胞内MDA 含量，降低总超氧化物歧化酶（T-SOD）、GSH 的耗竭，其对顺铂的拮抗作用可能与抗氧化能力有关。闫黎等[24]建立了束缚应激小鼠模型，研究发现该模型可使小鼠睾丸一氧化氮（NO）水平升高和一氧化氮合成酶（NOS）活性增强，红景天苷提取物可逆转应激导致的NO 水平的上升，降低NOS 的活性，减少氧化应激状态对机体功能的损伤，并且提高小鼠睾丸组织总抗氧化能力（T-AOC）。

2.4 白藜芦醇

白藜芦醇（resveratrol，RES）是一种多酚类物质，其结构与合成的雌激素类化合物己烯雌酚类似，被认为是一种植物雌激素，主要来源于葡萄、花生、桑葚、蓝莓等。杨彦磊[25]研究表明，白藜芦醇通过保护大鼠曲细精管完整结构，降低大鼠血清FSH 水平，提高INH B、P450scc 及VASA mRNA 表达水平，修复生精细胞。其作用机制可能与白藜芦醇抗氧化作用平衡睾丸内的微环境有关，对射线引起睾丸生精功能损伤有一定的修复作用。杨佳亮[26]以过氧化氢为诱导剂建立了猪睾丸间质细胞氧化损伤模型，结果发现白藜芦醇浓度为0.2 mol/L 时，可减轻过氧化氢对细胞的增殖抑制，使SOD、睾酮浓度增加，抑制过氧化氢引起的细胞凋亡。同时以环磷酰胺为诱导剂建立了生精障碍模型，体内动物试验表明，白藜芦醇处理后可增加睾丸指数、精子数及体质量，精子畸形率减少，血清睾酮含量增加，但血清中的SOD、GSH-Px 等抗氧化成分的含量没有显著变化。王莉莉[27]发现，精子优选过程中的离心步骤常造成ROS 含量增加，提高细胞脂质过氧化水平。体外添加维生素C 是降低少弱精子氧化应激损伤的一种有效方法，RES 对正常精液氧化应激也有较好的拮抗作用，表现为ROS、MDA、精子DNA 碎片化程度降低，精子浓度、数量、前向运动精子比例提高。

2.5 蒺藜皂苷

蒺藜皂苷是蒺藜中具有抗衰老作用的有效成分之一，其抗衰老机制与清除自由基有关。蒺藜皂苷通过促进雌性大鼠发情来提高生殖能力，有效地增加小鼠精元细胞、精母细胞和精子的数量；且也能使参与精子形成的塞托利细胞（Serto1i）浓度有所增加。

朱辛为等[28]对半乳糖诱导生精障碍衰老小鼠皮下注射蒺藜皂苷，与损伤组相比，CAT 及GSH-Px 活力为（24.28 ±1.53）U/mg Hb、（205.65 ±10.94）U/mg Hb，酶活力显著增强；且与衰老组相比精子浓度、活力、活精子率显著提高，说明蒺藜皂苷改善衰老小鼠生精功能障碍是通过抗氧化起作用。卢博等[29]研究发现蒺藜皂苷可通过上调睾丸组织中小鼠生精细胞凋亡相关分子Caspase-8 水平的表达，抑制环磷酰胺对小鼠生精细胞的凋亡作用，拮抗其对生殖系统的损害。

2.6 槲皮素

槲皮素是具有抗氧化及清除氧自由基功能的多羟基黄酮类化合物，应用广泛，主要以糖苷的形式存在于蔬菜、水果、茶和葡萄酒等中。布同良[30]发现对于镉造成的生精功能损伤，槲皮素剂量为75 mg/kg 时即可有效降低活性氧水平，抑制生精细胞的脂质过氧化。通过增强SOD、GSH-Px 活性，提高组织的抗氧化能力；且槲皮素还可以抑制镉引发的生殖细胞凋亡，使抗凋亡蛋白Bcl-XL表达增加。李慧[31]发现槲皮素调控镉对大鼠生殖障碍是通过Nrf2-Keap1 途径进行的；检测了GSH-Px、CAT、SOD 及与该通路相关的指标，确定槲皮素是通过抗氧化功能来干预镉有害作用的。

2.7 茶多酚

茶多酚是茶叶中主要的多酚类活性物质，由于其独特的抗氧化效果而受到人们的广泛关注。王秀虹等[32]将茶多酚作用于患有糖尿病的睾丸损伤大鼠，发现茶多酚可使睾丸曲细精管结构完整，SOD 活性升高，氧化应激产物MDA 含量下降，升高抗凋亡蛋白Bcl-2 的蛋白表达。由于糖尿病模型大鼠体内脂质代谢反应及葡萄糖氧化反应等使ROS 含量高，造成细胞结构损伤，而茶多酚的抗氧化性强，可明显拮抗氧化应激，这可能是茶多酚的作用机制之一。康伟祥等[33]研究发现，茶多酚作用于紫外线辐射致生殖系统损伤小鼠，可以通过增大精子密度、增强精子活率、降低精子畸形率，降低小鼠睾丸组MDA、ROS 水平，提高SOD、GSP-Px 活性来保护雄性小鼠的生殖系统[33]。

2.8 葛根素

葛根素（puerarin，Pue）是葛根异黄酮的主要活性成分，有广泛的临床应用。在心脑血管疾病的预防和治疗中已经取得良好的效果。此外，葛根素还具有较强的抗氧化、清除自由基等作用。其力根等[34]发现150 mg/kg 葛根素可明显缓解己烯雌酚（DES）造成的睾丸病理学变化，使SOD、GSH-Px 活力提高，血清睾酮、黄体生成素（LH）、促性腺激素释放激素（GnRH）含量明显增加。说明葛根素可通过抗氧化机制缓解小鼠的生殖损伤。丛霞等[35]对热应激造成氧化应激的牛睾丸支持细胞（SCs）施加葛根素，可明显增加SOD、CAT、GSH-Px 活力，减少MDA的产生，细胞应激反应蛋白HSP70 表达显著增加。

2.9 莱菔硫烷

莱菔硫烷是众多异硫氰酸酯中的一种，是硫代葡萄糖苷的一种水解产物，是蔬菜中防癌、抗癌效果最好的天然活性物质之一。莱菔硫烷主要存在于西兰花和其他十字花科植物中，是一种重要的维持细胞氧化还原平衡的物质。

王雪[36]研究表明，将莱菔硫烷作用于镉暴露小鼠睾丸支持细胞，能提高GSH-PX、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（GCS）、血红素加氧酶1（HO-1）、Nrf2、醌氧化还原酶1（NQO1）等抗氧化基因和蛋白表达量，保护镉导致的小鼠睾丸支持细胞的损伤。在睾丸间质细胞中，莱菔硫烷同样可拮抗镉的氧化损伤，其调控通路Nrf2-ARE 实现保护作用[37]。

2.10 姜黄素

姜黄素（CUR）是一种具有强大抗氧化性能的天然苯酚，是黄芩的主要活性成分之一，姜黄素可有效抑制羟自由基，具有选择性抗氧化作用，可以拮抗辐射导致的肠黏膜损伤。有学者研究探讨CUR 是否可以逆转ROS引起的公牛精子运动性、活力和细胞内抗氧化剂的改变。数据表明CUR，显示出显著的保护性和ROS 清除特性，其可以防止精子的氧化损伤，并因此保持雄性配子的功能活性[38]。刘智等[39]研究发现，砷对生精小管、睾丸间质细胞有直接损害作用，姜黄素可以通过清除ROS，增加还原性谷胱甘肽酶活力，减轻脂质过氧化作用来抵抗砷所致大鼠睾丸生精细胞的凋零。

2.11 橙皮素

橙皮素（Hes）是柑橘属植物的主要有效成分，有抗氧化及消除自由基的功效。橙皮素是一种中药，在柑橘类水果中以橙皮苷存在，体内试验研究表明[40]，其对镉等导致的氧化损伤具有拮抗作用。汪纪仓等[41]发现铅可增加MDA 含量（增加62.74%）、降低GSH 含量及CAT 活性（分别降低33.08%和45.88%）。朱华丽[42]研究也发现，铅可造成细胞中的GPx 的活性降低，而橙皮素对铅造成的脂质过氧化损伤有一定的保护作用。

2.12 薯蓣皂苷元

薯蓣皂苷元是一种从茄属和薯蓣属植物中获得天然留体皂苷配基和异螺旋甾烷的衍生物，是合成性激素的重要前体化合物。山药提取物薯蓣皂苷可以通过缩短小鼠勃起潜伏期、提高精液质量、提高睾丸组织中SOD活力，降低MDA 含量，改善雷公藤多苷诱导的小鼠生殖系统损伤[43]。同样，对于环磷酰胺诱导生殖细胞氧化应激产生的一系列病变也有一定的改善作用，使活性氧含量下降，且可以改善细胞的抗氧化能力[44]。

2.13 大豆异黄酮

大豆异黄酮（SIF）是多酚类物质，大豆及各类豆制品中含量丰富。大豆异黄酮是一种结构与雌二醇类似的植物雌激素，体内外试验均证实SIF 可以与雌激素受体α和β结合，从而干扰内源性雌激素的生物效应[45]，有抗炎、增强免疫、抗衰老等多种功能。

范红艳等[46]研究了大豆异黄酮对生殖障碍小鼠的作用，发现300 mg/kg 的剂量即可降低精子畸变率及MDA含量，提高Na+、K+-ATP 及Ca2+-ATP 酶活；600 mg/kg 时可增强乳酸脱氢酶（LDH）活性，大豆异黄酮对睾丸损伤的拮抗作用与抗氧化及抑制NO 含量有关。李一帆[47]建立了肥胖小鼠模型，研究发现，SIF 通过影响生殖激素、氧化应激及增加抗凋亡因子bcl-2的表达，抑制促凋亡因子caspase-3和BAX的表达，来改善氧化损伤和生殖细胞凋亡，从而维持睾丸正常的精子发生。

3 小结与展望

不育症是影响人类生理及心理健康的一个重要临床问题，逐渐受到人们的广泛关注。ROS 产生过多与机体抗氧化系统之间的不平衡引起氧化应激有关，研究表明氧化应激是造成男性生殖障碍的重要病因之一。吸烟、感染、辐射、肥胖、精索静脉曲张、药物、环境污染物、汽车尾气PM2.5等因素常诱导机体产生过量ROS，从而引起氧化应激。由于不育症诊治的复杂性使得西医治疗结果不理想，近来研究发现天然活性产物对不育症治疗有一定成效。枸杞多糖、原花青素、红景天提取物、白藜芦醇、蒺藜皂苷、槲皮素、茶多酚、葛根素、莱菔硫烷、姜黄素、橙皮素、薯蓣皂苷元、大豆异黄酮等越来越多的天然活性成分被发现有修复雄性生殖损伤的作用，其作用机制多集中于抑制ROS 的产生，增强抗氧化酶系的活性，以达到清除自由基，减轻对精子质膜及精子DNA 损伤的目的。

目前针对氧化应激这一病因的研究，仅局限于将活性成分作用于动物或细胞，然后进行相关的精液常规检查及睾丸组织病理学检查，对其作用产生的通路方面的研究很少。因此，在今后应多关注天然活性成分的作用通路及机制。