基因多态性与男性不育关系的研究进展

刘峰

(深圳市光明区妇幼保健院 泌尿外科，广东 深圳 518000)

生殖健康是全球性热点问题，全球约15%育龄夫妇受到不育困扰，其中40%左右为男性因素造成[1]。既往研究结果证实，遗传基因多态性及其位点突变是导致男性不育的主要原因之一，揭示多态性与男性不育之间的发生机制，对临床诊断及治疗具有重要意义[2]。鱼精蛋白(protamine，PRM)是精子中水平最高的核蛋白，其具有生成精子等功能，同时与受精过程相关。精子发育异常是导致精子数减少，甚至无精子症的主要原因，雄激素在男性生长发育及甚至功能维持中具有重要作用，其需要结合雄激素受体(androgenreceptor，AR)发挥生物学功能，通过将信号传导细胞外雄激素至靶基因，调控靶基因表达从而发挥效应[3]。5，10-亚甲基四氢叶酸还原酶(methylene tetrahydro folate reductases，MTHFR)是叶酸代谢途径的关键酶，其突变可造成DNA、RNA甲基化异常，导致DNA和蛋白缺陷，在女性不孕中研究较多，而在男性不育中研究较少。MTHFR基因点位突变可影响精子数量、活力、形态等从而发生受精困难或形成质量低下的受精卵[4]。既往研究显示，活性氧(reactive oxygen species，ROS)是生理过程产物，正常水平的ROS有利于维持精子顶体反应、获能等生理功能，ROS过高可破坏精子结构而引起男性不育[5]。安小红等[6]认为谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transfemses，GSTs)可维持氧化还原系统动态平衡，与精子DNA氧化损伤相关。因此，本文主要综述PRM、AR、MTHFR、GSTs基因多态性与男性不育的研究进展，为男性不育患者临床诊断及治疗提供参考。

1 PRM

1.1 PRM结构与功能PRM精氨酸水平40%～70%，是一种碱性蛋白又称精核蛋白，编码基因位于16染色体(16p13.3)区域[7]。据氨基酸组成可分为PRM1和PRM2，PMR1共含有50个氨基酸残基，N末端内部含有4个高保守氨基酸组成的高碱性中央核心区，PRM2含有大量组氨酸残基和精氨酸。在PRM保护下精子细胞和其基因可处于相对稳定状态，因此PMR结构异常，不利因素攻击使精子DNA碎片化、精子形态出现畸形等。二硫键形成障碍是PRM异常原因之一，PRM与DNA结合不紧密导致双链结构不稳定、染色质结构松散，形成酸性环境。导致精子DNA断裂损伤[8]。既往研究结果证实，PRM异常及功能不全的男性不育患者，常伴有大量组蛋白和DNA损伤，因此PRM基因正常保护精子DNA免受损伤是成功受精的关键之一[9]。

1.2PRM基因多态性与男性不育单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)属于二态小分子标记，占已知多态性的90%以上，因单个碱基的转换、缺失等变异所致，其群体频率最小为1%[10]。既往众多研究探讨PRM SNP位点突变与男性不育之间的关系，90%的正常精子在发生过程中DNA与PRM结合，目前PRM1基因点位rs2301365、rs35576928多态性在男性不育研究中具有影响[11]。既往研究显示，PRM点位102G>T(rs35576928)使编码肽链中的一个氨基酸从丝氨酸变成精氨酸，其多态性与男性少精、弱精症相[12]。有研究发现，C190A(rs2301365)多态性改变可导致精子形态变化，并影响PRM与转录因子结合点位，rs2301365基因多态性使男性不育的风险增加30%～60%，是男性不育的危险因素[13]。既往研究显示，PRM2基因点位373C>A(rs2070923)和298G>C(rs1646022)组成的TACCGGC单倍基因型与精子水平及总数间具有相关性[14]。由此推断，PRM基因多态性改变可改变PRM异常表达，从而影响精子正常形态及运动功能造成男性生育能力下降。

2 AR

2.1 AR结构与功能AR属于依赖配体反式转录调节蛋白，基因点位于X染色体长臂(Xq11～12)，约有75 000～90 000个碱基，由N端转录激活区(N-terminal transcriptional activation domain，NTD)、DNA结合区(DNA binding domain，DBD)、铰链区和配体结合区(ligand binding domain，LBD)构成，属于单拷贝基因，包括7个内含子、8个外显子。NTD包括多聚体-多聚谷氨酸和多聚甘氨酸；DBD以68氨基酸构成的 2个锌指结构为核心，与其他甾体激素受体同源性较高，是雄激素靶基因反应特异结合的高度保守DNA结合域；铰链区位于CH1和CH2之间，包括H链间二硫键含大量脯氨酸，是免疫球蛋白重链；LBD位于AR基因C端，包含二聚体化区、核定位信号及转录激活区域等，具有形成二聚体的重要作用[15-16]。雄激素属于类固醇激素，以双氢睾酮及睾酮活性形式存在，通过激活AR与热休克蛋白分离，识别靶基因DNA序列并结合，调控该基因转录和激素反应元件结合表达新蛋白，从而发挥生物学功能，促进男性性腺成熟及精子发生[17]。

2.2AR基因多态性与男性不育AR基因1号外显子NTD含有2个CAG和GGN基因重复序列，多态性异常可导致CAG和GGN基因重复数改变，影响AR信号通路。其中CAG基因多态性是男性不育研究热点。既往研究显示，CAG重复数增加，AR与p-160活化因子亲和力下降，与协同因子作用受抑制组蛋白乙酰化作用降低，转录起始复合物不稳定，从而降低下游靶基因转录水平[18]。同时CAG重复数增加与神经性疾病相关，重复数高于40可引起严重的X染色体隐性连锁遗传神经元变性综合征，导致男性精子发生障碍。有研究显示CAG重复数降低可增加与协同因子作用活性，过少AR信号通路与G蛋白结合，AR转录能力增强，雄激素依赖性细胞异常增生，如前列腺增生，严重可造成癌变风险[19]。

3 MTHFR

3.1 MTHFR结构与功能MTHFR基因位于1号染色体(1p36.3)区域，包括12个外显因子，由656个氨基酸残基组成，全长20.374 kb。MTHFR通过在叶酸代谢通路中催化5，10-亚甲基四氢叶转化为具有生物学功能的5-甲基四氢叶酸盐，为同型半胱氨酸及DNA、蛋白质甲基化提供传递通路，并使血液中同型半胱氨酸保持较低水平[20]。此外，叶酸的中间代谢产物通过碳单位代谢提供嘌呤环形成所需碳原子，在核苷酸合成过程中具有重要作用。MTHFR基因缺陷、突变及发生多态性，可造成叶酸代谢障碍，导致嘌呤嘧啶合成、DNA复制、蛋白质甲基化等多个基础生化过程异常。发育必需的DNA和蛋白质缺陷，易造成精子DNA缺陷、受损，不易被卵细胞识别或进入卵细胞后染色质去致密化过程障碍，受精失败或受精卵发育异常[21]。

3.2MTHFR基因多态性与男性不育既往研究结果显示，MTHFR基因点位C667T SNP可影响精子DAN完整性、存活率及活力等，导致精子质量下降[22]。C667T具有CC、CT、TT 3种多态性，与CC、CT基因型相比，TT基因少精子症、弱精子症比率明显增加，精子质量CC基因型>CT基因型>TT基因型。667T>C点位突变引起MTHFR基因编码蛋白第222号氨基酸转化异常，叶酸转化能力降低，甲基化不足可直接导致精子DNA正常修复、复制下降，完整性降低，而DNA完成对精子遗传物质传递具有重要作用。邵丽佳等[23]研究结果显示，TT基因型患者体内半胱氨酸水平超过正常生理水平，打破机体ROS平衡，ROS高水平直接损伤精子DNA，精子顶体完整性和活力降低，对胚胎质量及发育造成不良影响。

4 GSTs

4.1 GSTs结构与功能GSTs同源二聚体酶超基因家族，属于Ⅱ相代谢解毒酶体统。GSTs具有5类同工酶α、μ、θ、π和ζ，其中同工酶α、μ、θ、π在机体中表达活跃。GST各同工酶结构氨基酸序列相似性仅30%左右，每个酶分子都由相同的亚单位二聚体折叠形成2个结构域，通过催化外源性化学物质和内源性ROS及其应激氧化代谢产物在N端结构域与还原型谷胱甘结合，促进有毒物质的代谢及灭活，减少细胞损害[24]。

4.2GSTs基因多态性与男性不育既往研究发现，在男性不育症患者中GSTM1及GSTT1多态性改变会增加精子氧化应激损伤易感性[25]。GSTM1是GSTμ主要编码基因，与同源染色体不等互换可导致GSTM1基因碱基丢失，GSTT1基因多态性表现为杂合、纯合携带及纯合缺失，缺失基因型机体外周血缺乏GST酶活性，导致GSTs基因抑制脂质过氧化作用下降，而增加内源性ROS水平，ROS脂质氢化过氧物分解和脂质过氧化作用引起精子氧化应激损伤产生，从而影响精子结构和功能[26]。既往研究结果显示，GSTM1(+)及GSTT1(+)患者精浆氧化应激水平较GSTM1(-)及GSTT1(-)低，提示GSTs基因多态性改变可影响精浆氧化水平及精子DNA氧化损伤，降低精子活性，导致男性生育功能丧失[27]。

5 结语

综上所述，男性不育患者基因多态性可影响精子成熟、发生、活力、形态及受精质量，是导致男性不育的危险因素。其中PRM基因多态性引起精子发生紊乱、数量减少，影响精子染色质稳定性，导致DNA损伤、精子畸形等，增加不育风险。AR基因结构改变影响与雄激素结合导致精子发生异常。MTHFR基因位点多态性改变影响机体叶酸代谢，大量氧自由基形成，损伤精子核和线粒体DNA损伤，影响精子功能。GSTs基因多态性可导致精子DNA氧化损伤，导致男性不育。因此基因多态性研究有助于临床诊断及治疗男性不育。