不育患者精子畸形症的中西研究相关进展

蒋婉雪，姚文亮，周玉良，卢慧钰，虞颖绿，江超仁，陈胜辉*（1.江西中医药大学，江西南昌 330004；.南昌市医学科学研究所附属生殖医院/江西省中医男科疾病重点研究室，江西 南昌 330001）

畸精症是指正常男性在精液分析检查中发现精子的头、体、尾部出现各种异常形态。按WHO《人类精液检查与处理实验室手册》第5版标准，正常形态的精子低于4%者，即诊断为畸精症。由于本病需要实验室对男性精液进行分析后才能确诊，往往是在已婚青壮年男性对生育有需求而未实现者在就医过程中发现。精子畸形症是目前男性不育症中较为常见的一种疾病，常与少、弱、死精子症同时出现，已引起大家的广泛重视。

1 西医相关研究

按照精子形态异常部位大体上分为三类：头部畸形，如圆头、无头、双头、空泡头、精子核异常、大顶体、小顶体伴不规则头和梨型头等；颈部和中段畸形如剩余细胞质和断头精子；尾部畸形包括鞭毛多发形态学异常和原发性鞭毛运动障碍。

1.1 头部异常 圆头精子综合症（globozoospermia）圆头精子症是畸精症里严重且罕见的一种类型，其发病率＜0.1%［1］，典型的临床表现为精子头部呈圆形，顶体消失或伴有杂乱的中段和尾部，患者除了均具有典型特征，表现为轻微的精子活力异常或正常的精液参数，且顶体酶活性明显低下外，目前尚未发现其他特殊症状或体征［2］。顶体生物发生的分子机制和导致球状精子症的机制尚未研究透彻［3］。顶体内含有精子穿破透明带与卵子结合所需的酶，酶的缺失使圆头精子无法进行顶体反应，不能受精从而导致男性不育。圆头精子现根据严重的程度可分为两类：I 型最为严重，精液中精子100%圆头，完全没有顶体和顶体酶；II 型精子中残留部分顶体或存在其它异常形态［4］。目前圆头精子症的发生机制尚未明确，但通过分子生物学研究普遍认为与遗传有关[5]。圆头精子为常染色体隐性遗传病，通过小鼠基因敲除实验，现有18个基因被证实与圆头精子症相关：Pick1、Zpbp1、Dpy19l2、Gba2、Hrb、Gopc、Csnk2a2、Spaca1、Golga2、Sirt1、Slc9a8、Hsp90b1、Mfsd14a、Atg7、Smap2、Tmf1、Vps54、Ccdc62［3］。已在人类圆头精子症患者中证实的6个突变或缺陷的基因分别为SPATA16、DPY19L2、PICK1、ZPBP1、CSNK2a2、CCDC62［6-7］。

1.12 大精子症（macrozoospermia） 又称之为巨头型精子头综合征，特征是精液中精子头部增大且不规则伴有鞭毛数量异常的比例高。超微结构分析还显示存在基板的异常，中段增厚异常，表面不规则以及杂乱无章的线粒体，透射电镜中观察到破碎不规则且发育不均匀的顶体［8］。它是一种常染色体隐性遗传病，发病率＜1%［9，10］，在少数患者中进行的精子DNA 碎片研究显示，与有生育能力的男性相比，DNA 碎片指数有所增加。目前唯一确认与大头精子症相关的基因为极光激酶C基因（AURKC），主要在睾丸中表达，它在人类中拥有7 个外显子，编码309个氨基酸的蛋白质，是极光激酶家族成员，该家族由高度保守的丝氨酸或苏氨酸激酶组成，参与染色体或染色单体的分离。目前已描述的6 个AURKC 突变c.144delC(p.L49Wfs22),c.744C＞G(p. Y248*), c686G＞A(p. C229Y), c. 930+38G＞A(出现在3‘-UTR 中), c.436-2A＞G(导致外显子5跳过的剪接位点突变)以及c.269G＞A；p.R90Q，其中最常见的是摩洛哥创始人效应导致的纯合性移码缺失c.144delC[8-10]。该基因突变患者头部精子增大比例较高，均值＞78%。携带AURKC 突变的患者的原发性不孕症都是因为未能完成减数分裂，因此所有配子都显示多倍体。研究表明，精子形态异常率与染色体异常精子率无联系，而减数分裂分离分析表明，射出精液中90%以上的精子头具有非整倍体成分，因此受精率和妊娠率低下可能是因为行ICSI所挑选的正常形态精子异常染色体高发率［11］。

1.2 颈部和中段异常

1.21 无头精子症(acephalic spermatozoa) 也称之为断头精子症或大头针样精子，是一类严重的男性不育疾病，其表现为射出的精液中有断头的鞭毛、极少的完整精子和无尾巴的精子头，大量精子身首异处、头尾分离，在附睾和精液中，超过90%的精子实际上是无功能的、断头的鞭毛［12］。这种综合征的家系聚集性和同质性提示有遗传基础，但是致病基因仍然很大程度上是未知的［13］。部分基因当出现缺失或损伤时会导致该异常形态，如SUN5、PMFBP1、TSGA10等。

SUN5 位于染色体20q11.21，由15 个外显子组成，是第一个在动物模型和头端精子综合征患者中验证其功能的基因，是在内质网(ER)中合成的，通过高尔基体到达NE并附着到INM，最后移动到精子头部和尾部之间的连接区。SUN5 突变体患者精子种植窝和基底板都缺失，该突变干扰了其相应LINC复合物的形成，导致核骨架和细胞骨架之间的解离，或者干扰了SUN5到NE的定位从而导致精子头部与尾部的分离［14］。

PMFBP1 位于人第16 号染色体，包含27 个外显子，编码1007 个氨基酸。定位于头部-尾部耦合器(HTCA)，位 于SUN5 和SPATA6 之 间，与SUN5 和SPATA6协同连接精子头部和尾部，因此无头精子症可能是由于精子发生过程中偶联装置从精子头部脱落所致。SUN5 是连接偶联器和精子核膜的核膜蛋白；SPATA6 是偶联器的结构蛋白，特异性定位于节段柱和小头，是一种进化上保守的睾丸特异性基因，由15 个外显子组成，编码488 个氨基酸残基蛋白，Yuan 等［13］发现该基因参与肌球蛋白微丝的运输；SUN5、PMFBP1 和SPATA6 的 三 明 治 状 结 构 表 明PMFBP1 可能是连接偶联器和精子核膜的支架蛋白［15］。研究 发 现70.00%(21/30)的 无头精子是由SUN5 或PMFBP1 突 变 引 起 的，因 此，SUN5 和PMFBP1突变是引起无头精子综合征的主要原因。

TSGA10 基因位于染色体2q11.2 上，长约157.7kb，有19个外显子，编码698个氨基酸，TSGA10单独丢失会导致断头精子［16］。BRDT 基因位于染色体1p22.1，由21个外显子组成,是BET亚家族的睾丸特异性成员之一。其第一个溴结构域基元参与染色质组织和转录调控，因此BD1 的缺失会导致BRDT蛋白被截断，从而在生精过程中导致生殖细胞分化的完全中断进而导致精子形态的异常。

1.22 胞质小滴 这一术语的使用开始并未统一规范从而引起诸多困惑，cooper等［17］建议保留“细胞质液滴（CD）”或“胞质液滴”代表睾丸所产生精子上的正常细胞质残留物，是正常活精子上存在的渗透敏感的囊泡；而使用“剩余细胞质（ERC）”指代精子发生中异常精子残留的大量细胞质。CD 成形于精子发生的最后阶段即成熟阶段，在运送至附睾前由支持细胞完成“细胞质挤出”过程，参与过度激活、获能和顶体反应，但不存在于其它非人类哺乳动物中。CD 被发现存在于未成熟精子的颈部和尾部的中段末端，由RNA、脂质、脂蛋白、和各种水解酶组成且包含了离子通道和高尔基体衍生的囊泡；过剩的残留细胞质是生殖细胞胞质的残留物，大部分被支持细胞所吞噬，剩余部分在正常精子发生过程中附着在精子细胞的颈部，是精子颈部的小水泡，占精子头部大小的1/2 或1/3 及以上。CD 中含有众多酶类包括肌酸激酶(CK)、乳酸脱氢酶(LDH)、超氧化物歧化酶(SOD)和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)[15]，有研究表明这些参与CD能量代谢的酶的过剩产生的大量活性氧可能会影响精子正常功能并引起男性的不育［18］。

1.3 尾部异常 纤维鞘发育不良（DFS） 精子尾部分为中段、主段和末段，其中主段最长约45μm，由外周致密纤维和纤维鞘共同组成，而纤维鞘中的两条纤维突起形成的纵行嵴刚好分别位于背腹二侧使精子尾部截面呈卵圆形。Chemes等［19］发现5例原发性不育患者90%～100%的精子不会动，具有相似的鞭毛形态异常，光镜或扫描电镜下DFS 患者精子可见无尾、粗短尾或不规则尾，纤维鞘增生和中心微管缺失，透射电镜可将其确诊。DFS 是一种常染色体隐性遗传病，表现出严重鞭毛畸形以及精子运动障碍，精子的正常运动由尾部鞭毛中正常微管结构和线粒体提供的能量所共同支持，DFS 患者精子形成过程中鞭毛结构生长不佳，影响了精子的正常运动最终导致不育［20］。Khelifa等［21］提议使用鞭毛多发形态学异常（MMAF）一词形容，但在国内多使用DFS。

2005年，Baccetti等［22］首次报道了一例精子短尾样改变患者的A 激酶(PRKA)锚蛋白3(AKAP3)和A激酶(PRKA)锚蛋白4(AKAP4)基因的部分缺失，超微结构精子检测显示动力蛋白臂和中央微管的缺失。AKAP3 和AKAP4 是纤维鞘中含量最丰富的结构蛋白，前者参与了纤维鞘的基本结构，后者则在纤维鞘组装中起主要作用。目前已确定的与男性不育相关的MMAF 基因有23 个，分别是DNAH1、DNAH2、DNAH6、DNAH8、DNAH17、CEP135、WDR66、FSIP2、TTC29、SPEF2、ARMC2、AK7、TTC21A、QRICH2、AKAP3、AKAP4和CFAP基因43、44、58、65、69、70和251［23-24］。DNAH1 是 在 人 类 中 确 定 的 第 一 个 导 致MMAF 的突变基因，在睾丸中优先表达的非特异性基因。最近发现了两例双等位错义DNAH8 突变的MMAF 患者，DNAH8编码的动力蛋白重链成分优先在睾丸中表达，对患者精子采用了苏木精-伊红染色以及电镜分析发现鞭毛形态和结构高度异常，而基因敲除小鼠实验也表现为MMAF 和不育，这表明异常 的DNAH8 突 变 会 引 起MMAF 不 育［25］。Sha Y等［26］使用全外显子组测序(WES) 对两名潜在MMAF和PCD患者的遗传损伤进行研究，都发现了CFAP74基因双等位基因的突变，且免疫荧光检测显示两名患者精子中都没有CFAP74，检测所有可能致病的变异基因中，只有CFAP74在睾丸细胞和呼吸道细胞等活动纤毛或鞭毛的组织中表达。猜测突变可能导致了CFAP74 的结构异常、稳定性降低和功能丧失，其作为结构蛋白在精子鞭毛形成中的功能受到影响导致精子鞭毛轴丝结构异常组装和精子中段畸形最终形成MMAF，认为该基因可能是MMAF 的一个新候选基因。目前只有一例关于该突变与男性不育关系的报道，CFAP74基因是否形成MMAF导致男性不育仍有待进一步研究证实。

1.31 原发性鞭毛运动障碍（PCD） 也称之为纤毛不动综合征(immotile-cilia syndrome)，是一种活动纤毛运动功能障碍引起的多基因常染色体隐性遗传疾病，临床上可表现为新生儿呼吸窘迫综合征、鼻窦炎、中耳炎、胸腔感染、支气管炎、眼内翻和男性不育［23］。精子尾部的鞭毛在所有哺乳动物中是最长的，其核心结构是轴丝，而轴丝作为一种微管支架由具有一个A 型和B 型微管的9 个微管双重体（MTD）及其围绕的一对中央微管（CP）共同形成的“9+2”结构构成。精子鞭毛含有的线粒体鞘(MS)、纤维鞘(FS)和外层致密纤维(ODFs)等特殊结构是生成功能正常精子所必不可少的。患者超微结构上的缺陷包括内外动力蛋白臂、中央微管的损伤或缺失，鞭毛摆动异常导致精子活力下降是引起男性不育的主要原因［27］。目前已证明有40 多个基因的突变会导致PCD，但不是所有突变都会导致男性不育，因为纤毛和鞭毛的轴丝蛋白即轴丝的组装和动力蛋白臂的组件时不同的，对此仍需进行大量研究，其中大概70%的患者能够找到遗传原因［28］。

3 中医相关研究

在此前的中医古籍中并无畸形精子症这一病名，因其最终导致的结果是不育，故将其归属于“无子”范畴［29］。首先，《素问·六节藏象论》说：“肾者主蛰，封藏之本，为精之处。”说明肾具有的生理机能是贮存、封藏精以调控人生长发育、生殖以及脏腑气化。肾藏之精以先天之精即父母生殖之精为主，以脾胃对食物中营养物质的摄取转化得来的后天之精为辅，两者互相资助，相互为用。《素问·上古天真论》述“丈夫二八，肾气盛，天癸至则精气溢泻，阴阳和，故有子”，肾藏精化气，肾精足则肾气充，随着肾精、肾气的充盈随之产生的天癸，标志着性器官的发育成熟已具备了生殖能力。肾在窍为耳及二阴，其对前阴的功能也说明能引起外生殖器的勃起和精液排泄。其次，按足厥阴肝经之循行路线，“上腘内廉而后循股阴，入毛中，继而环阴器”，是以肝气疏泄则精液排泄通畅有度。古人认为，“宗筋精血充盈消退，挺纵舒缓之于肝”。朱丹溪《格致余论·阳有余阴不足论》最早提出了肝主疏泄：“主闭藏者肾也而司疏泄者肝也。”薛立斋《内科摘要·卷下》则正式提出“肝主疏泄”。以上表明男子精液的贮藏与泄泻是肝肾二脏疏泄与闭藏功能共同作用的结果，故本病多责于肝肾二脏。

临床多认为本病以虚实夹杂之证候为主且以湿热为标、肾虚为本，虚证多为肾精之生成乏源，表现为肾阴虚或肾阳虚；实证多为肾精之排泄失常，表现为淤血阻滞和湿热下注。先天禀赋不足，房劳、久病耗损肾阴肾阳，先天之精化生不足，精子生长发育不良皆可致畸；肝经疏泄失职，气血运行受阻或精液淤阻，日久化热，灼伤精道；男子若饮食不节，嗜食肥甘厚味等物湿热内生，下扰精室而致精子畸形症；不洁性交感染外毒，亦可下干精室致畸[30-31]。

随着中医对畸形精子症的进一步探究有研究者认为畸精症归属于形不足的范围，提出温之以气的论治概念［32］，出自《素问·阴阳印象大论》“形不足者，温之以气，精不足者，补之以味”，这是中医关于“形神不足”的治法基础。在中医养生中大致有两个部分，一为治未病，二为补不足，后者意味着机体的亏虚，但是“气血阴阳”皆非肉眼可直接查看，故将其整理为“形与神”。“形”指身体等能被看见的所有，“神”也就是“精”指感知上的如“精神”。“气为阳，味为阴，而形以气充之”只有阳气充足才能滋养形体；“气归精，精归化”形又为精所化，精是构成宇宙万物的本原，也是构成人类的本原，形精同源说明精不足者可致形不足，精足但气不足者亦可致形不足。形不足者究其原因就是“精不化气，气不化形”，阳不足则虚寒内生，因此“形”不足者多表现为形寒肢冷、多眠嗜睡、舌质淡红少苔等，气化不足则精子成熟过程受到阻碍而使形态异常致畸。故内经对“形不足”的治法原则就是“温之以气”。而在用药上有气味厚薄之分，《素问·阴阳印象大论》说“味厚则泄，薄则通；气薄则发泄，厚则发热”，具体临证时因根据病位的不同选择适当的药物治疗。

综上所述，中西医在研究畸形精子症方面正不断取得新的进步，中医在辨证论治方面提出的更加完善和新颖的理论，进而在指导临床治疗中提供更多参考依据。而目前国内外也有很多对精子异常形态的基因等相关内容的报道，但尚未明确其发病机制，畸形精子症的发生有可能与单个或同类型基因相关，也可能与2个或多个基因的结构、功能或联合作用等相关，因此不断完善的基因相关内容研究对精子畸形症的诊断和基因层面的治疗具有非常重大的意义。