特发性弱精子症病因研究进展_专家库

孙中明主任医师 医院：杭州市红十字会医院科室：生殖医学科

特发性弱精子症病因研究进展

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临床诊断男性不育症必须检查患者的精子，依据精子的数量和质量确定为少精，无精，弱精，死精等。数量和质量密切相关，数量的减少常伴随质量的下降，实际上质量的优劣对受精更为重要。影响精子受精能力的因素，一方面在于精子头部，包括顶体和细胞核，另一方面在于精子尾部，精子尾部的结构和功能异常都能导致精子丧失运动能力，不可能与卵子结合。为此，在临床检验中采取了各种检测手段，诸如精子的活率和活动度，精子运动速度，精子爬高能力，精子穿卵试验，精子线粒体功能、精子尾部膨胀试验等，在弱精子症中有10.9%为特发性弱精子症^[3]。精子活力下降不仅有外在的因素，而且与精子尾部的结构病变密切相关。杭州市红十字会医院生殖医学科孙中明

一、精子线粒体

1.线粒体DNA与线粒体超微结构改变

精子活动力障碍可导致男性不育，目前人们注重精液的光镜形态学、免疫学检测，而对精子线粒体DNA（mtDNA）及电镜的超微结构的改变报道较少。有人对76例不育的精子活动力差的精液标本进行MTCYB、MTATP₆检测，选出5例有mtDNA缺失的精子标本透射电镜观察，从精子mtDNA突变与线粒体超微结构的改变方面探讨其影响生育的机理。

在男性不育中，精子活动力障碍是重要原因之一。近年来，mtDNA缺陷与精子活动障碍及男性不育之间是否相关引起关注。Kao等[4]发现mtDNA4977bp的缺失与常规所见的精子活动力无相关性。但影响精子获能过程。有mtDNA突变的精子获能后的活动力、速度非但没有加强，而是出现减退现象，也不出现“鞭打样”运动方式。已有证据表明精子如不出现这种运动方式，则不能受精。有人实验发现，5例经筛选的不育病人3例有MTCYB的缺失，2例有MTATP6的缺失。而20例已育男性精液标本对照均没有发现缺失。由于MTCYB[5]编码的多肽与核心蛋白Ⅰ、Ⅱ共同构成线粒体呼吸链中呼吸复合体Ⅲ的中心成分，呼吸体Ⅲ是线粒体氧化磷酸化电子传递中的第2个酶，它的缺失和突变将不能催化电子从还原型辅酶Q到细胞色素C的转运，并把质子从线粒体内膜之内转移至膜外。MTATP6是构成ATP合成酶的一个亚基，它与其他亚基一起合成ATP合成酶，它的突变也将影响线粒体氧化磷酸化过程。由于这些遗传学上的缺陷，均导致精子线粒体ATP能量合成不足。此外，电镜观察到这7例病人的精子标本与4例已育男性的精子标本形态上有明显不同，病人精子线粒体出现各种各样的畸变，能否设想，精子的DNA突变影响了mtDNA的自我复制，影响了线粒体的供能，因此线粒体处于一种代尝状态，在形态上出现排列紊乱，囊性扩张、巨大线粒体或多层线粒体。精子线粒体是精子的供能中心，它的改变必将进一步恶化精子的能量供给。由于精子mtDNA突变和线粒体改变不能提供足够的能量使精子穿过卵子透明带受精，从而干扰了正常的生育[5]。

参考文献：略

2. 精子线粒体DNA4977-bp缺失

人线粒体DNA(mt DNA)为16569bp的闭环双链DNA分子。它的全部核苷酸序列已经清楚[1]，其完整的限制酶谱用mt DNA的RFLP资料也已建立[2，3]，但mtDNA突变与人类疾病的研究却远远落后于人们对核DNA异常引起的遗传病的认识。近年来，随着PCR技术的应用和发展，mtDNA的研究有了突破性进展，1998年Wallace等人首次发现mt DNA突变与Leber视神经病有关[4]。从此，mt DNA突变与人类疾病的关系越来越受到重视。

精子活力是决定男性生育力的一个重要指标，低活力的精子不能穿过宫颈粘液到达受精部位。精子活力低是导致男性不育的重要原因[6]。精子在男性和女性生殖道中进行泳动将消耗大量能量。线粒体在动物和人类细胞的能量代谢中起重要作用。每个线粒体含有自己的基因物质，mtDNA是唯一的核外DNA，每个mtDNA分子编码2种rRNA，22种tRNA和与细胞氧化磷酸化有关的13条多肽链。在线粒体氧化磷酸化过程中，大约有1%~4%的摄入氧转化为氧自由基，氧自由基由电子传递系统溢出，最易损伤mtDNA，其受损程度是核DNA的16倍以上，这是mtDNA发生缺失的主要原因之一[7]。

有人分析了41例精子mtDNA缺失情况，发现弱精子症病人的精子线粒体DNA缺失发生率远远高于精子活力正常组的2例缺失病人的年龄较大。这些结果表明，精子缺失可能与年龄有关。mtDNA4977bp缺失和精子mtDNA的其它类型突变将减少mtDNA编码蛋白质的合成，这些蛋白质对线粒体的呼吸功能是必需的，人精子活力差引起生育力降低这个看法[8]，与Alvarez的结果是一致的[9]。

ROS（活性氧基团）被认为是损害精子在受精过程中的某些生化功能的因素，且随年龄增大而增加[10]，mtDNA缺失也在人类皮肤、肌肉、睾丸和其它组织中发现[11]，我们的研究也提示精子mtDNA缺失可能与年龄有关。

参与文献：略

二．精子轴丝（微管）

1．轴丝（微管）与ATP

轴丝（微管）是精子运动产生动力的结构，其依赖对ATP的分解而产生引起微管滑动的动力。现代的研究证明轴丝（微管）内至少有三个结构具有ATP酶的活性，这就是外Dynein臂、内Dynein臂以及放射辐的头部。虽有人甚至认为放射辐本身也具ATP酶的活性，但是这观点一直未得到广泛的认可^[1]。由于既往的研究者们使用的研究对象不同、方法各异故而使用彼此之间的结果很难进行比较。但多数人认为外Dynein臂的ATP酶活性很高，占60%~80%^[2^、³^、^4]，其次为内Dynein。至于放射辐头端的酶活性人们倾向于认为活性低，极少有人专门测定。为探讨Mg2+ATP酶在精子轴丝（微管）内的分布，有人进行了专门的实验^[5]，人精子先以TritonX-100脱膜,再进行Mg2+ATP酶的硝酸铅法细胞化学染色。轴丝（微管）ATP酶阳性产物以中央微管为中心,呈现为呈同心圆排列的3个环带状分布。从外向内分别与轴丝（微管）的外Dynein臂、内Dynein臂和放射辐头的结构区带相对应。反应以外带最强,中带与内带相似。研究证明了以往不受人们重视的放射辐头部也有与内Dynein臂相似的ATP酶的活性。从结果来看，外带的反应最强，此区正是外Dynein臂区,反映了外Dynein臂ATP的活性最强。从沉淀物的数量来看，外Dynein臂的ATP酶活性至少占轴丝（微管）ATP酶总活性的50%以上。至于为什么此区的反应物恰好存在二联体轴丝（微管）与外侧致密纤维之间，而不是存在于相邻两二联体微管之间，还不能作出解释，也许是轴丝（微管）内外液流动推动所致。中带与内带的反应物沉积量相似，说明内Dynein臂的ATP酶活性与放射辐头部的ATP酶活性基本相等。此结果不同于某些人认为的那样量极微^[2^、³^、^4]，也不同于那些认为放射辐头部的ATP酶总活性50%的测量结果^[6]。

参考文献：略

2．精子尾部微管异常

精子运动能力是正常成熟精子的一种重要功能，在临床上常见许多因精子活动力低下而引起男性不育的病例。精子活动力低下有多种因素引起，有生存环境因素^{[1] [2] [3] [4]}，也有精子自身构造方面的因素。通过电镜观察和体视学方法,研究活动力不足精子的线粒体变化。结果是运动力不足的精子尾中段线粒体部存在较多胞质,线粒体排列方式呈现异常,线粒体内部的结构有退化现象。运动力不足的精子线粒体的体密度(VV)、外膜面密度(SV)和面数密度(NA)均异常^，提示线粒体在形态学和计量学方面发生了改变,这可能是导致精子运动力低下的原因之一^[5]。

精子的运动产生于尾部的鞭毛，使鞭毛能活动的细胞器是微管组成的轴丝（微管），因此，微管的数量、形态及排列方式正常是精子运动的基本保证。正常精子中，轴丝（微管）应由周围9组加上中央2组微管所组成，这些微管通过二联微管上的内外蛋白臂与相邻微管发生反应，引起微管间相对的纵向滑动^[6]；同时周围微管也可利用向心侧的放射桥结构对中央微管的中央鞘发生交替结合与分离，而产生一种切应阻力，使单向的滑支转变为弯曲和波浪状的运动方式^[7]，后一种运动由于是连续的弯曲在足够长度的轴丝（微管）上产生的，而且呈反向对称；所以，波浪状运动的轴丝（微管）即可呈直线前向运动^[8]，在精子的运动中即呈直线型轨迹。至于外周致密纤维虽不直接参与运动，但其弹性被认为可对鞭毛前向运动起辅助和调节作用^[6]。

当微管出现异常时，可导致精子运动失调和效力降低。有人收集22例运动力障碍精子的病人精液标本，进行超微结构方面的研究，发现2例精子尾部微管均有异常。1例精子微管异常形式较一致，大多数精子尾部缺少中央微管。另1例精子尾部微管的异常方式多样，部分精子的微管数量基本正常，但排列较混乱；部分精子微管数量减少，甚至半数左右的周围微管和中央微管缺失。这些均有可能影响微管间的运动，导致精子直线前向运动能力的丧失^[9]。有关精子尾部微管的异常，国外已有报道。研究认为微管形态、数量和排列异常是一种Kartagener^,s综合征。这种综合征的是一种遗传性细胞骨架损伤疾病，其特征为体内各种有纤毛细胞的纤毛包括精子尾部鞭毛不能运动。因此，在男性患者中精子运动全面障碍与呼吸道炎症伴随出现，电镜下纤毛的超微结构异常可表现为内和（或）外蛋白臂缺陷、辐射丝缺少、中央微管缺少、周围微管数量增减或移位等^{[6] [7]}。至于外周致密纤维缺陷也有报道发现这类精子表现为滑行运动方式，因此，不能穿过宫颈粘液^[10]。因此，我们认为国内人群中少数精子活动力不足的病人，精子微管的异常也可能是引起精子不能运动或运动力下降导致男性不育的原因之一。

参考文献：略

三．理化因素对精子尾部结构影响

理化因素对精子尾部结构影响主要有以下几种：1.环氧乙烷(EtO)可致大鼠精子细胞异常形态结构和畸形精子尾丝^[1]。电镜观察,棉酚则造成绵羊精子严重损伤,导致生物膜系统损害、轴丝（微管）崩解、线粒体鞘螺旋紊乱^[2]等。2.交警精子活动能力减弱可能和血铅升高干扰精子线粒体能量代谢有关^[3]。3.低剂量重离子辐射能对精子运动性及顶体反应(AR)等功能产生兴奋效应。而大剂量则明显抑制这些功能,甚至造成精子死亡^[4]。其作用机制可能与重离子辐射诱导的自由基反应有关。4.乙醇使精子平均前向运动速度降低,正常形态精子数量明显下降,不可复性精子尾部缺陷明显增加,引起精子染色体畸变^[5.6]。

　运用电子显微镜观察某些药物对体外人精子超微结构的影响。结果显示:1.甲硝唑能使人精子细胞膜和顶体外膜发生破损和丢失,精子尾线粒体鞘排列紊乱及线粒体出现肿胀和空泡样变化^[7]。2.米非司酮有抑制精子线粒体功能的作用^[8]。3.已酮可可碱（PF）室温下提高精子高活性运动^[9]。

相关疾病和感染因素对精子运动能力的影响：1．遗传、幼年疾病(隐睾、腮腺炎等)，长期服用抗生育药物、棉籽油及生殖道感染可致精子畸形，尾部缺陷及轴丝（微管）复合体异常及中段线粒体鞘解体^[10]。2．精索静脉曲张（VC）患者一氧化氮升高，抑制精子细胞呼吸，阻止精子中ATP的产生，导致精子活动度的明显下降^[11.12]。3．感染支原体（UU）的体外精子运动方式为原地转圈和锯齿形运动，感染24h精子运动速度<10μm/s,有活力精子几乎全是原地转圈运动^[13]。

膜脂类过氧化反应（ LP）是造成精子运动性降低的主要原因之一，精子内两种环核苷酸也可能影响其运动性。在病理情况下,白细胞增多可通过膜脂质过氧化反应（MDA）导致精子运动力、活动率下降,精子膜完整性受损^[14],从而使精子受精能力下降。

参考文献: 略

精子尾超微结构病变研究体会

1、精子尾部轴丝（微管）病变：轴丝（微管）缺失、轴丝（微管）崩解、二联管内臂或外臂短缺、蛋白分子滑动障碍、精子无游动能力，临床称为Kartagener^，s综合症，属分子遗传病，病人常伴有心脏、肝脏、阑尾等内脏异位，呼吸障碍，白细胞丧失吞噬细菌能力等症状，目前很难治疗。

2、轴丝（微管）与密纤维颠倒，排列紊乱，患者精子活力低，精子离体后很快死亡，有些患者有家族遗传，有些患者是因受到较大剂量的物理因素、化学因素作用，导致精子发生过程和精子形成过程障碍，治疗上较为困难。

3、密纤维分离，多由物理因素或化学因素（如 y-射线、热效应、微波、No、Ros等）作用于机体，导致精子形成过程障碍，3号、8号密纤维发育不良或消失，出现9号、1号、2号密纤维与4号、5号、6号、7号密纤维分裂。

4、精子中段线粒体损伤，表现为线粒体缺失、堆积、粘?、融合、移位、排列紊乱、小线粒体、大线粒体。线粒体外膜、内嵴破坏，膜蛋白脱落或集聚等^[1]。γ-射线、微波、No、Ros、Uu、棉酚或细菌病毒(Ｈbv)感染均可造成线粒体损伤，主要是在精子发生过程中线粒体分裂和发育障碍物引起，精子供能不足，精子死亡率过高，或精子排出体外后存活时间短，精子中段肿胀，患者经过治疗可逐渐恢复，但很难达到正常水平。

5、精子尾部变形，卷曲，出现较多的弯脖子精子，精子运动不规则，转圈，倒行。有的是因为精子形成过程中轴丝（微管）和密纤维发育不佳；有的是因为支原体、细菌感染，外源异物粘着在精子外膜引起，可用消炎为主的方针治疗。

6、精子外膜附着粘液颗粒或粘丝线，精子负荷过重，流动速度下降、不规则，且精子容易粘连成团，丧失受精能力，精子死亡过早，多由前列腺或附睾炎症引起。

7、精子尾数量异常表现为一头二尾，一头三尾，二头多尾，二头一尾，二头二尾，三头一尾等，这是由于中心粒结构和功能障碍，精母细胞分裂不完全造成，精液中还可见到合体细胞。在受到较大剂量的γ-射线，微波等照射的患者常出现这种情况，同时可见较高的淋巴细胞染色体畸变率，表明细胞核基因受到破坏，恢复时间较长。

8、精子尾部膜结构损伤，膜变为凹凸不平，膜蛋白脱落或集聚，精子尾部中段最为严重。物理，化学因素或炎症感染均可造成膜结构损伤，这表明膜是精子接触外界环境敏感的细胞成分。膜结构损伤常伴有精子相互粘着，游动速度下降，存活时间短等异常表现。

9、无头精子，短尾精子，精子发育不佳，运动不协调。精子从颈部断开或从中段与主段连接处断开，精子尾有线粒体，流动速度高于正常有头精子，但体外存活时间短。

正常情况下精子在体外可活48-72小时，或更长些。精子线粒体形成障碍，线粒体损伤，出现电子漏；或炎症感染等造成精液过于粘稠，不液化；或有害因子作用等均可使精子活率（力）下降，精子排出体外存活时间短。有些病人在24小时内精子活率（力）从50?60%降为0。有些受到感染的病人，在12小时左右就可见到大量细菌，繁殖迅速，非常活跃。在炎症情况下，即使女方受孕，也用容易出现流产或胎儿发育障碍。

还有少数病人精子的数量，活率正常，但精子僵直，颤抖，可能是酒精等过量引起。乙醇使精子平均前向运动速度降低,正常形态精子数量明显下降,不可复性精子尾部缺陷明显增加,引起精子染色体畸变^[2.3]。

澳大利亚Monnsh大学医学中心临床生殖研究所，对严重精子活力低下症患者的精子，用电子显微镜进行轴丝（微管）的定量分析，其中包括双微管、中心对等分析，结果显示每个弱精子患者均显示轴丝（微管）结构较正常少了3个以上。由此，证明轴丝（微管）缺失是精子活力低下症患者的病因之一。根据精子染色体的变化，染色体的分裂可分为4个阶段。精子DNA完整性可用丫啶橙染色来观察。Griveau等发现正常精子和活动力低下的精子在完成染色体的分裂及再聚合上存在明显的差异

参考文献: （略）

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