精子氧化应激损伤影响因素研究进展1
发布时间:2021-06-13
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N J A N箍 a t i o鞲 n a l J o u r n a蠡 l o f A n d r o l o g y i
Mi n i Re v i e w
1 0 3 l 述
综
精子氧化应激损伤影响因素研究进展崔燕综述;刘睿智审校(吉林大学第一白求恩医院生殖中心,吉林大学白求恩医学院细胞生物学系,吉林长春 1 3 0 0 2 1 )摘要:不育症发病率呈全球性增高趋势。据统计,目前不育夫妇占已婚夫妇 1 5%,其中男性不育占 5 0%。这与生活节奏的加快、环境污染和人们不良行为,造成精子数量和质量降低,生殖功能下降等有关。随着自由基理论的建
立和发展,人们发现活性氧介导的氧化应激对精子的损伤作用,可能是男性不育的原因之一。本文对精子产生氧化应激损伤的影响因素进行综述。 关键词:精子;氧化应激;影响因素中图分类号:R 3 2 1 . 1; R 6 9 8 . 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 9— 3 5 9 1( 2 0 0 9 )1 1— 1 0 3 1 4 3 4
U p d a t e d E x o t e r i c C a u s a t i o n o f S p e r m O x i d a t i v e S t r e s s
CUI Ya n,LI U Rui— z h i
C e n t e r o f R e p r o d u c t i v e Me d i c i n e, T h e F i r s t B e t h u n e H o s p i t a l, J i l i n U n i v e r s i t y,C h a n g c h u n, J i l i n 1 3 0 0 2 1,C h i n aAbs t r ac t:Th e i n c i d e n c e o f i n f e r t i l i t y i s o n t h e r i s e wo r l d wi d e. S t a t i s t i c a l l y,i fe n ti r l i t y a f f e c t s a pp r o x i ma t e l y 1 5% o f c o up l es a n d 5 0%
o f ma l e s,wh i c h c a n b e a t t i r b u t e d t o t h e d e c r e a s e d s p e r m q u a n t i t y a n d q u a l i t y a n d c o n s e q u e n t l y ma l e e u g
e n e s i s i n d u c e d b y s u c h e x o t e—r i c f a c t o r s a s q u i c ke n e d p a c e o f l i f e,p o l l ut e d e n v i r o nme n t,u nh e a l t h y be h a v i o r s,a n d S O o n. W i t h t h e e s t a bl i s h me n t a n d de v e l o p me n t o f
t h e f r e e r a d i c a l t h e o r y,a c t i v e o x y g e n— me d i a t e d o x i d a t i v e s t r e s s h a s b e e n f o u n d t o p l a y a s i g n i f i c a n t r o l e i n t h e p a t h o g e n e s i s o f ma le i n -
f e ti r l i t y .T h i s r e v i e w p r e s e n t s a n o v e r v i e w o f t h e e x o t e r i c f a c t o r s r e s p o n s i b l e f o r s p e r m o x i d a t i v e s t r e s s . Na t l J An d r o l,2 0 0 9,1 5
( 1 1): 1 0 3 1一J D 3Ke y wo r ds:s pe r m;o x i d a t i v e s t r e s s;e x o t e r i c c a u s a t i o n
S u p p o r t e d b y a g r a n t f r o m R e s e a r c h P r o j e c t o f S e i— T e c h D e p a r t me n t o f J i l i n P r o v i n c e( 2 0 0 7 0 5 3 7 1 )Co r r e s p o n d e n c e t o:L I U Ru i— z h i,e - ma i l:l r z 4 0 2@ 1 2 6. c o n
Re c e i v e d:De c e mb e r 2 2,2 0 0 8;a c c e p t e d:J u n e 2 6,2 0 0 9
氧离子、自由基和过氧化物等活性物质统称
精子的氧化应激损伤,是男性不育的重要原因之一。
为活性氧 ( R O S )。R O S在生理状态可调节精子的功能,主要由胞质残
留精子和精液中的 WB C产生,过量 R O S影响精子运动能力和 D N A完整性。
1精子氧化应激损伤机制
些外界因素,如吸烟、饮酒、化学物质、辐射等造成精子、精浆 R O S生成增多或抗氧化物减少,引发一
生殖系统中, R O S的产生和清除存在着一种平衡。男性生殖道 R O S过量产生,打破这种平衡,损
收稿日期: 2 0 0 8 1 2 - 2 2;接受日期: 2 0 0 9 - 0 6 - 2 9
基金项目:吉林省科技厅资助项目( 2 0 0 7 0 5 3 7 1 ) 作者简介:崔燕( 1 9 8 7一 ),女,河南郑州市人,硕士研究生,从事生殖医学专业。E— ma i l: j i a n g y a n g c u i y a n@1 6 3 . c o m 通讯作者:刘睿智, E— ma i l: l r z 4 0 2@1 2 6 . e o m
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害精子和精浆的抗氧化防御系统,产生精子的氧化
和精子密度、维生素 E和精子活动力呈显著正相关
应激损伤。目前, R O S对精子的损伤机制主要集中在以下 3点:①影响精子膜脂质过氧化反应。精子膜富含多价不饱和脂肪酸,易受 R O S攻击,过量 R O S引发脂质过氧化反应,质膜拓扑结构遭到破
性。E s k e n a z i等报道精液维生素 E水平增加和精液中高活力精子百分数成正比。S o n g等报道在不育男性中低水平维生素 c、抗氧化剂低摄人与精子D N A损伤有关。 酗酒者缺乏抗氧化剂的摄入使其各系统抗氧化
坏,导致中段缺陷精子数增高、精子活动度下降。 ②降低精子运动能力。R O S影响精子膜流动性,造成轴丝蛋白质磷酸化程度降低和精子制动。③诱导精子 D N A损伤。高水平的 R O S可导致 D N A单链的形成和双链的断裂,从而影响精子 D N A完整性
能力下降,同时大量乙醇刺激使精液 WB C释放更多R O S。Ma n e e s h等¨叫报道 4 6例正常生育力酗酒男性血浆睾酮水平明显下降,且血浆中脂质过氧化反应代谢产物显著增加,这与睾丸内氧化应激作用密切相关。但迄今尚无饮酒造成精子氧化损伤的确切定论。
2精子氧化应激损伤影响因
素 2 . 1 自发性因素无明显病因的男性不育,称之为
剧烈运动时,肌肉组织消耗大量氧,同时产生过
量R O S。在啮齿类动物模型中,运动量增加与精子密度降低、睾丸氧化应激生化标志物水平增加呈正相关。与此类似,脂肪组织释放抗炎因子促进 R O S生成,因此腹股沟区脂肪组织积累使睾丸温度
特发性不育。K u m a r等报道精液高水平 R O S和精浆中抗氧化物质的降低是引发这类患者不育的重要因素。特发性不育症患者与正常男性比较,前者
精液中 R O S水平以及 D N A、 mt D N A损伤程度高于后者,同时精子密度、精子活动度和精浆中抗氧化物质明显下降。 2 . 2 医源性因素精液处理是辅助生殖技术 ( A R T )的重要方面。A R T常常需要应用离心、去除精浆、冷冻等技术。去除精浆不可避免地破坏了精
升高,导致少精子症和精液质量下降与肥胖者不育易感性有关。过去认为精神因素影响精液质量的主要机制是神经因素导致性腺中枢神经系统紊乱。最近有报道
浆中抗氧化酶的作用。Wa t s o n【 3 发现多次离心显著增加精液 R O S的水平,影响精子运动力和 D N A的
精神因素引起精液质量降低的原因是精液中 R O S 增多和抗氧化物减少¨。 Wy r o b e k等¨报道无论不育男性或正常男性,年龄增长伴随有精子 D N A氧化应激损伤增加。 B r o w n N o r w a y鼠衰老模型证实,老年鼠的精子比年
完整性。在精子冻融过程中,逐渐降低温度会显著
提高精液 R O S水平,降低精液及精浆的抗氧化能力,去除 WB C或加入抗氧化剂可以提高精子存活率和受精成功率。H a z o u t等认为由 R O S介导的精子氧化应激损伤是 A R T过程中受精困难、胎儿畸形以及流产的主要原因之一。一些药物与精子氧化
幼鼠的精子产生更多 R O S,同时前者酶活性降低、抗氧化剂水平下降和 D N A的损伤程度明显高于后者。
2 . 4环境因素
邻苯二甲酸酯是一类具有软化作
用的化学品,普遍应用于玩具、食品包装、乙烯地板、 清洁剂、指甲油、香皂和
洗发液等数百种产品中。邻
应激反应有关。阿斯匹林、扑热息痛等药物通过增加细胞色素 P 4 5 0活性产生更多 R O S,加剧氧化应激反应。2 . 3 生活习惯许多文献报道吸烟对精液质量有
苯二甲酸酯可通过饮食、皮肤或呼吸系统被吸人人
体内,损害人体内分泌系统及生殖系统,导致精子D N A损伤。给大鼠喂食邻苯二甲酸酯,结果显示睾丸R O S生成量明显增加,同时伴随抗氧化物水平降低和精子畸形¨。一
影响,认为吸烟是男性不育的重要原因之一。吸烟
时烟草中的有害物质使精液中 R O S水平明显增加, 同时精液中各种抗氧化剂如维生素 E、维生素 c明显减少,降低精子抗氧化损伤的能力 J。尼古丁是一
些环境污染物与睾丸氧化应激损伤有关。啮
齿动物模型证明杀虫剂甲氧滴滴涕甲氧氯、林丹和除草剂二嗯英与睾丸氧化应激有关。最常用的防腐剂二氧化硫可使实验动物睾丸发生氧化应激反应。空气污染物,如柴油微粒物质能刺激 WB C
种助氧化剂,能够通过诱导膜损伤、干扰代谢循
环、改变精子形态和活动率、诱导 D N A断裂等途径降低男性生育力。
Mo s t a f a等报道了 9 7例健康非吸烟者摄人抗氧化剂营养物质 (维生素 C和 E、 B一胡萝 b素、叶酸和锌 )与精子密度、活动力的相关性,发现维生素 C
生成更多 R O S。虽然尚没有空气污染物与睾丸氧化应激损伤的确切定论,但随着空气污染程度加剧, 发现精子 D N A氧化应激损伤作用也相应增加,两者
第l 1期
崔
燕等
精子氧化应激损伤影响因素研究进展
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间可能有一定的关系。暴露于重金属环境能造成精子氧化损伤,如镉和铅都能激发睾丸氧化应激反应, 导致精子 D N A损伤。电焊工、油漆厂工作者及其伴侣的不孕不育率与正常人相比较高,可能原因是过量摄入这些金属挥发物导致精子 D N A氧化应激损伤。2 . 5疾病因素
R O S明显增多,从而诱发精子细胞膜脂质发生过氧化反应,导致膜功能受损。
2 . 5 . 3精索、睾丸疾病精索静脉曲张( v a r i c o c e l e, V C )与男性
不育关系密切,被认为是引起男性不育的常见原因之一。研究发现:临床诊断为 V C患者, 精液 R O S增加,精子抗氧化能力降低]。精液中
2 . 5 . 1病原微生物感染
链球菌、凝固酶阴性葡萄
高水平 R O S促使:①精子质膜脂质过氧化,使其形态改变,功能和代谢异常;②单链和双链 D N A高频率地损伤,影响精子功能,表现为精子中段异常、精子活力下降及精子与卵细胞融合能力降低。A q a r w . a l等报道 V C患者精液中高水平 R O S是导致精子畸形的重要原因之一, V C治疗后患者精液 R O S
球菌、革兰阴性菌 (大肠埃希菌、变形杆菌 )以及衣原体、支原体等多种病原微生物可引起男性泌尿生殖系统的感染,这些病原微生物感染引发 WB C趋化反应,释放大量 R O S。B r a c k e t t等¨副报道在一些反复发生生殖道感染的患者精液中存在 R O S水平的升高和抗氧化物质的下降。 病毒感染可使精子发生氧化应激损伤,如巨细胞病毒、人类免疫缺陷病毒 ( HI V)、单纯疱疹病毒 ( H S V)、 E B病毒等。K a p r a n o s等发现Ⅱ型 HS V 会在精子氧化损伤早期发挥作用。4%~ 5 0%不育男性精液中可发现Ⅱ型 HS V D N A及特异性 I g M抗
水平明显下降,精子活动力提高。F i l h o等认为缺血再灌注引发的氧化应激反应对睾丸的损伤是精索扭转导致不育的主要原因。长时间缺血后进行手术或血流自发灌注使流入睾丸 WB C活化生成大量 R O S,进而发生氧化应激反应使干细胞坏死从而造成不育。
2 . 5 . 4 慢性疾病由于精子生成过程受阻和勃起功能障碍,糖尿病患者生殖能力受到影响。A g b a j e 等报道糖尿病患者与正常人相比 D N A损伤程度明显加重,大量 R O S生成被认为是许多糖尿病并发症的关键致病机制。使用糖尿病模型大鼠实验发现,在糖尿病发病初期 6周内大鼠睾丸内氧化应激
体,同时 WB C数目可升高 l O倍。H I V阳性精液中,最明显的特征就是 WB C显著增多, WB C诱导
R O S
来影响精子,损伤精子运动。乙型、丙型肝炎病毒感染能引发肝细胞氧化应激反应。目前并不能确认这种氧化应激反应是否涉及到精子,但是在感染乙型、
丙型肝炎病毒时,精子活力降低,已得到确认。 另外一些慢性感染疾病,如麻风、疟疾也能引发全身性氧化应激反应。虽然没有全身性感染疾病与精子氧化应激关系的确切报道,但男性生殖系统属于全身系统的一部分,不能将其排除。
反应显著增加。一些血液病,如B .地中海贫血患者与正常人相比,具有较高程度的全身氧化应激,这种氧化损伤包括对精子的损伤,使精液中抗氧化物明显下降, D N A损伤程度加重。发生氧化应激的可能原因是多次输血导致铁超负荷,而铁是强有
2 . 5 . 2 自身免疫性疾病文献 I 报道, 1慢性非细菌性前列腺炎患者精液中促炎因子和 R O S水平明显升高,并存在着对精子或前列腺抗原的自身免疫反应,引发这一反应的具体机制尚不明确。
力的氧化剂。慢性肾脏疾病和终末期肾病患者慢性
炎症和氧化应激发病率均很高,即使在血液透析后尿毒症有所好转,慢性炎症和氧化应激也会持续存在。肾移植患者肾功能稳定情况下,在精液中仍然能检测到氧化应激反应的存在。3结语
Mo t r i c h等报道这种自身免疫反应与 T h淋巴细胞多态性和细胞因子 I L一 1 O有关。由于 r I’ l 1细胞因
子缺乏,破坏了 T h细胞免疫平衡,使 T淋巴细胞作用于前列腺抗原发生反应。T细胞能够释放一些细
精子氧化损伤与多种疾病和外界因素有关,会导致精子损伤,精液质量下降,影响男性生育能力。
胞因子,如I F N .、 T N F -,促进 WB C活化和趋化反应,导致氧化应激发生。因此大量相关文献认为患者精液中精子数、精子活力、精子形态和膜稳定性降低与氧化应激密切相关。氧化应激损伤被认为是输精管结扎后不育的原因之一。输精管结扎后,破坏了正常的血睾屏障,免疫耐受被打破导致自身免疫反应发生。N a n d i p a t i等研究表明输精管结扎后
因此
,在治疗男性不育时应进行综合考虑,不育患者本身在治疗期间,注意防护纠正往往会起到事半功倍的效果。参考文献[ 1] V lk a o M, L e i b f r i t z D,M o n c o l J, e t a 1 .F r e e r a d i c a l s a n d a n t i o x i—d a n t s i n n o r ma l p h y s i o l o g i c l a f u n c t i o ns a n d h u ma n d i s e a s e . I n t J
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[ 2 6] A g b a j e I M,R o g e r s D A, Mc V i c r a C M, e t a 1 .I n s u l i n d e p e n d a n td i a b e t e s me U i t u s:i mp l i c a t i o n s f o r ma le r e p r o d u c t i v e f u n c t i o n.
mi c r o v a s c u l a r d y s f u n c t i o n a s s o c i a t e d w i t h o b e s i t y a n d i n s u l i n r e - s i s t a n c e .Mi c r o c i r c u l a t i o n, 2 0 0 7,1 4 ( 4 - 5 ): 3 7 5 - 3 8 7 .
H u m R e p r o d, 2 0 0 7, 2 2( 7 ):1 8 7 l一 1 8 7 7 .h i r l a t h a B,Mu r li a d h ra a . Oc c u r r e n c e o f o x i d a t i v e i mp a i m r[ 2 7] S e n t s,
[ 1 3]
E s k i o c a k S,Go z e n AS,T a s k i r a n A,e t a 1 .E fe c t o f p s y c h o l o g i -
c a l s
t r e s s o n t h e L - - rg a i n i n e - n i t i r c o x i d e p a t h wa y a n d s e me n q u a l i -
r e s p o n s e o f a n t i o x i d a n t d e f e n e e s a n d ss a o c i a t e d bi o c h e mi c l a p e r -t u r b a t i o n s i n ma le r e p r o d u c t i v e mi l i e u i n t h e S t r e p t o z o t ci o n - d i a
t y .B r a z J Me d B i o l R e s, 2 0 0 6, 3 9 ( 5 ): 5 8 1 - 5 8 8 .ob r e k A J,E s k e n a z i B,Yo u n g S,e t a 1 . Ad v a n c i n g a g e h a s [ 1 4] Wyd i f f e r e n t i a l e f f e c t s o n DNA d a ma g e,c h r o ma t i n i n t e g r i t y,g e n emu t a t i o n s, a n d a n e u p l o i d i e s i n s p e m . P r r o c Na t l Ac a d S c i
b e t i c r a t .I n t J A n d ol r, 2 0 0 7, 3 0 ( 6 ): 5 0 8 - 5 1 8 .
[ 2 8]
De S a n c t i s V,P e r e r a D,Ka t z M,e t a 1 .S p e m a r t o z o a l DNA d a— ma g e i n p a t i e n t s wi h t B t h a l ss a a e mi a s y n d r o me s . P e d i a t r En d cr o i—
U S A, 2 0 0 6,1 0 3 ( 2 5 ): 9 6 0 1 - 9 6 0 6 .
n o l R e v, 2 0 0 8, 6( S u p p l 1 ):1 8 5— 1 8 9 .p i m L B,Hi mme/ f a r b J,Mc Mo n a g l e E,e t a 1 .I n l f u e n c e o f i n i [ 2 9] Put i a t i o n o f ma i n t e n a n c e h e mo d i a l y s i s o n b i o ma rk e s r o f i n l f a mma t i o n
[ 1 5]
We i r C P,Ro b a i r e B.S p e r ma t o z o a h a v e d e c r e a s e d a n t i o x i d a n t e n—z y ma t i c c a p a c i t y a n d i n c r e a s e d r e a c t i v e o x y g e n s p e c i e s p r o d u c t i o n
d u i r n g a g i n g i n t h e B r o w n No r w a y r a t .J A n d ol r, 2 0 0 7, 2 8 ( 2 ):2 2 9— 2 4 0.
nd a o x i d a t i v e s t es r s .K i d n e y I n t, 2 0 0 4, 6 5 ( 6 ): 2 3 7 1— 2 3 7 9 .r e n o J M,Ru i z MC,Ru i z N,e t a 1 . Mo d u l a t i o n f a c t o r s o f o x i— [ 3 O] Mod ̄i v e s t a t u s i n s t a b l e r e n a l t r a n s p l a n t a t i o n. Tr a n s p l a n t P r c, o
[ 1 6] L e e E, A h nMY, K i m HJ, e t a 1 .E f f e c t o f d i ( n— b u t y 1 )p h t h la a t eo n t e s t i c u l a r o x i d a t i v e d a ma g e a n d a n t i o x i d a n t e n z y me s i n h y p e r -
2 o o 5, 3 7 ( 3 ):1 4 2 8— 1 4 3 0 .
t h y r o i d r a t s .E n v i r o n T o x i c o l, 2 0 0 7, 2 2 ( 3 ): 2 4 5 - 2 5 5 .
(本文编辑:潘连军 )
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