張晗，范立青，2*

(1.中南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生殖與干細(xì)胞工程研究所，長(zhǎng)沙 410000；2.中信湘雅生殖與遺傳專科醫(yī)院，長(zhǎng)沙 410000)

高齡男性的遺傳學(xué)改變研究進(jìn)展

張晗1，范立青1，2*

(1.中南大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生殖與干細(xì)胞工程研究所，長(zhǎng)沙 410000；2.中信湘雅生殖與遺傳?？漆t(yī)院，長(zhǎng)沙 410000)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外男性生育年齡逐漸推遲。2015年開(kāi)始實(shí)施的二孩政策，使得高齡男性生育顯著增多。雖然借助輔助生殖技術(shù)(ART)可能解決高齡男性的生育問(wèn)題，但其遺傳安全問(wèn)題不容忽視。隨著年齡的增長(zhǎng)，受時(shí)間和環(huán)境的綜合影響，男性生精能力下降的同時(shí)，精子發(fā)生過(guò)程中出現(xiàn)的遺傳學(xué)改變也會(huì)增加子代罹患認(rèn)知神經(jīng)疾病、常染色體顯性疾病、先天性疾病和其他疾病的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)注高齡男性的遺傳學(xué)改變，優(yōu)化ART治療方案，防控因高齡男性生殖生育導(dǎo)致的后代健康問(wèn)題，是生殖醫(yī)學(xué)臨床實(shí)踐的要求。本文就近20年以來(lái)，有關(guān)高齡男性遺傳學(xué)改變的研究報(bào)道進(jìn)行綜述，總結(jié)高齡男性的遺傳學(xué)改變的證據(jù)，并為防控高齡男性的遺傳風(fēng)險(xiǎn)提出建議。

父親年齡效應(yīng)； DNA碎片化； DNA突變； 染色體突變； 表觀遺傳學(xué)

(JReprodMed2017，26(11)：1114-1117)

隨著計(jì)劃生育政策的逐步放開(kāi)，中國(guó)男性生育年齡呈現(xiàn)了升高的趨勢(shì)，因此男性對(duì)后代健康的影響也越來(lái)越受關(guān)注。在我院男科門(mén)診中，40歲以上患者從2015年的4 769例增長(zhǎng)到2016年的8 235例，分別占男科門(mén)診量的19.5%和27%，出現(xiàn)了較大的增幅；50歲以上的患者門(mén)診量也有提升。不僅國(guó)內(nèi)如此，國(guó)外的高齡男性生育子代的數(shù)量也是逐年攀升，在過(guò)去的30年，美國(guó)30歲以上男性生育后代比例明顯增多，而30歲以下男性生育后代比例已經(jīng)下降，2014年與2013年相比，30歲以下生育男性下降12%，30～34、35～39、40～44歲生育男性均上升2%～3%，45～49歲生育男性上升高達(dá)6%，50～54歲生育男性上升4%[1-2]。

高齡男性生育的子代患病風(fēng)險(xiǎn)的增加源于高齡男性的遺傳學(xué)變化。高齡男性精子DNA損傷程度加深，DNA突變率增加，染色體非整倍突變?cè)龈?，表觀遺傳學(xué)也發(fā)生了變異。

高齡男性會(huì)使子代產(chǎn)生認(rèn)知神經(jīng)疾病，例如孤獨(dú)癥、雙向性精神障礙、精神分裂癥；常染色體顯性疾病，例如軟骨發(fā)育不全、阿佩爾綜合征、成骨不全、眼癌；先天性疾病，例如無(wú)腦兒、大血管錯(cuò)位、先天性心室間隔缺損、房室間隔缺損、神經(jīng)管缺損；其他的疾病，例如神經(jīng)性失調(diào)、神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤[3]。

一、高齡男性的DNA水平的改變

Evenson[4]證實(shí)在高齡男性的精子中，DNA損傷水平比年輕人高。Moskovtsev等[5]用DNA碎片指數(shù)(DFI)作為指標(biāo)去衡量DNA損傷水平，發(fā)現(xiàn)45歲以上的男性DFI水平是年齡≤30歲男性的DFI水平的2倍，分別是32.0%和15.2%。且男性的DFI水平隨年齡的增加逐年增加，40歲以后DFI水平急速增加，30～35、35～40、40～45歲男性的DFI水平分別是19.4%、20.1%和26.4%。Nakagawa[6]選取了90個(gè)研究項(xiàng)目，共93 839個(gè)研究對(duì)象，用Meta分析進(jìn)行了一項(xiàng)系統(tǒng)性的回顧研究，發(fā)現(xiàn)DNA損傷與年齡有著緊密的聯(lián)系，并且不育男性與有生育能力的男性DNA碎片化水平有著明顯的區(qū)別，提出了對(duì)高齡男性不育的治療應(yīng)該著眼于精子的前向運(yùn)動(dòng)和DNA損傷。EI-Domyati等[7]通過(guò)收集22例22～82歲可育男性的雙側(cè)睪丸，分成三組，年輕人組(20～30歲)、中年人組(30～40歲)、老年人組(40歲以上)進(jìn)行回顧性病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)精子DNA損傷程度與男性的年齡呈正相關(guān)，PARP-1、PAR、XRCC1、APE1的激活可以引起DNA損傷。Aoki等[8-9]對(duì)149例不育男性的研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)精蛋白氨基化和魚(yú)精蛋白濃縮異?？梢詫?dǎo)致精子的DNA損傷化。且有研究表明DNA損傷與精子濃度、前向運(yùn)動(dòng)力、精子總量顯著相關(guān)[10]，DNA損傷程度高的男性，自然狀態(tài)下致妊娠率低[11]。

高齡男性的生殖細(xì)胞DNA的突變數(shù)也會(huì)增加。DNA突變是一種永久性的DNA序列的改變，發(fā)生在DNA的復(fù)制，也可以發(fā)生在其他細(xì)胞過(guò)程中。男性生殖細(xì)胞處于不停的DNA復(fù)制和分化中，40歲的男性生殖細(xì)胞DNA的復(fù)制周期是40歲的女性生殖細(xì)胞的25倍，如此高頻率的復(fù)制使高齡男性的DNA突變率遠(yuǎn)高于年輕男性[12]。堿基替換是最常見(jiàn)的父源突變，這會(huì)造成在有絲分裂的時(shí)候DNA聚合酶連接在核苷酸序列上時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤[13]。Kong[14]對(duì)78對(duì)冰島夫婦及其子代的全基因組突變進(jìn)行測(cè)序發(fā)現(xiàn)，平均年齡在29.7歲的男性，平均每代人每個(gè)單鏈核苷酸的突變率是1.2×10-8，尤為重要的發(fā)現(xiàn)是父親的年齡在影響核苷酸多態(tài)性(SNP)的多樣性突變率的因素中有支配性的作用，并通過(guò)建立指數(shù)模型估計(jì)父源突變率每16.5年翻倍一次，每年平均增長(zhǎng)兩個(gè)新突變。

高齡男性在DNA水平變化明顯，諸多研究為DNA的碎片化在高齡男性中會(huì)明顯高于年輕男性提供了證據(jù)，但其變化機(jī)制還不能完全明了，而DNA的突變因?yàn)槟行陨臣?xì)胞中DNA的高頻率復(fù)制加之活性氧(ROS)對(duì)DNA的損傷，隨著男性年齡的增長(zhǎng)，則更容易出現(xiàn)基因突變。雖然高齡男性產(chǎn)生的DNA突變同樣也是人類(lèi)產(chǎn)生突變基因的重要來(lái)源之一，這種新生突變可能會(huì)對(duì)人類(lèi)的進(jìn)化有意義，但是更多的是導(dǎo)致新遺傳病的產(chǎn)生[12]。

二、高齡男性染色體水平的改變

與染色體結(jié)構(gòu)變異不同，男性的年齡對(duì)非整倍體突變的影響只局限在少數(shù)染色體上(除了性染色體)，例如1、9、21常染色體，而Donate等[15]發(fā)現(xiàn)21和22號(hào)常染色體在發(fā)生二體性變化的比例從0.06%上升到0.1%，但是卻沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，性染色體比常染色體更容易發(fā)生非整倍體突變，但卻與年齡沒(méi)有關(guān)系。染色體非整倍體突變是染色體數(shù)量的變化，精子的非整倍體突變發(fā)生在精子的減數(shù)分裂時(shí)期，染色體沒(méi)有均等地分配到子細(xì)胞中。大部分的非整倍細(xì)胞不會(huì)與卵母細(xì)胞結(jié)合產(chǎn)生子代，但有1%的非整倍體精子與卵母細(xì)胞結(jié)合形成受精卵，最終產(chǎn)生子代[16]，然而絕大部分的子代有先天出生缺陷或者智力發(fā)育遲緩[17]。

染色體的整倍體突變是染色數(shù)量的變化，是由減數(shù)分裂異常引起的，與年齡是否有關(guān)尚存在爭(zhēng)議。Donate等[15]通過(guò)收集10個(gè)23～74歲健康男性，分成兩組：低齡組(23～37歲)和高齡組(60～74歲)，通過(guò)熒光原位雜交技術(shù)(FISH)分析每個(gè)男子的15 000個(gè)精子細(xì)胞，研究表明在年輕人的精子二倍體率是0.27%，而老年人的精子二倍體率是0.2%，但是這種微小的變化沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。也有研究認(rèn)為整倍體突變與年齡的增長(zhǎng)沒(méi)有關(guān)系[18]。整倍體突變和年齡是否有關(guān)，研究結(jié)果并沒(méi)有統(tǒng)一，可能與個(gè)體差異比較大和樣本量少有關(guān)[15，19]。

有關(guān)染色體突變與年齡的關(guān)系的研究尚不完善，特別是與染色體結(jié)構(gòu)變異的研究，十分有限。而有關(guān)染色體整倍體突變是否與年齡相關(guān)現(xiàn)在還存在爭(zhēng)議，染色體的非整倍體突變與年齡的關(guān)系也僅僅局限于少數(shù)常染色體。

三、高齡男性表觀遺傳學(xué)水平的改變

Jenkins等[20]收集了23～56歲的供精者，通過(guò)焦磷酸測(cè)序分析、微矩陣分析和DNA序列分析發(fā)現(xiàn)，在精子DNA中有139個(gè)低甲基化的結(jié)構(gòu)域和8個(gè)甲基化的結(jié)構(gòu)域，隨年齡增高變化，這些結(jié)構(gòu)域中的基因與精神分裂癥和雙向性精神障礙有關(guān)。Atsem等[21]的研究同樣也發(fā)現(xiàn)隨著男性年齡的增高，甲基化水平降低，這些與年齡相關(guān)的表觀遺傳學(xué)信號(hào)可以遺傳到下一代，因而認(rèn)為高齡男性遺傳給下一代的表觀遺傳特性正是后代產(chǎn)生神經(jīng)問(wèn)題和其他復(fù)雜疾病的潛在原因。更有研究表明表觀遺傳學(xué)不僅可以遺傳給下一代，還能十分穩(wěn)定地遺傳。隨著年齡的不斷增加，男性與內(nèi)毒素接觸對(duì)組蛋白造成影響，這種表觀遺傳學(xué)的變化不僅僅可以傳給下一代，甚至可以隔代遺傳[22]。

Zhang等[23]對(duì)新生兒、年輕成年男性(25歲)、老年男性(75歲)的附睪的miRNAs進(jìn)行表達(dá)模式分析，在新生兒中表達(dá)的251種miRNA中僅有109種在成年男性和125種在老年男性中能被探針檢測(cè)到。miRNA或許可以調(diào)控對(duì)年齡敏感的基因的表達(dá)，但其在附睪中表達(dá)種類(lèi)在不同年齡有所不同。miRNA作為表觀遺傳學(xué)改變是精子發(fā)生過(guò)程中的參與者[24]，但其隨著男性年齡增長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生變化，其調(diào)控機(jī)制也尚不能明了。

四、高齡男性生育其后代的影響

目前普遍認(rèn)為父親生育年齡與兒童癌癥及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生有關(guān)。

Contreras等[25]對(duì)5 856例癌癥兒童用條件邏輯回歸模型對(duì)兒童癌癥發(fā)病率與男性生育年齡進(jìn)行分析，得出男性高齡確實(shí)與兒童癌癥的發(fā)病率有關(guān)，認(rèn)為男性高齡是兒童癌癥發(fā)病的危險(xiǎn)因素。Wang等[26]對(duì)1978～2009年出生的23 419例兒童癌癥和87 593例正常兒通對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)父親年齡增高會(huì)增加兒童癌癥的發(fā)病率。

Janecka等[27]對(duì)年齡在12歲的6 234對(duì)雙胞胎的研究中通過(guò)建立geek index指標(biāo)，表明高齡父親與自閉癥有著復(fù)雜的關(guān)系。Idring等[28]對(duì)4 746例瑞典出生的自閉癥譜系障礙的病例建立廣義加法模型，評(píng)價(jià)自閉癥譜系障礙與父親年齡的關(guān)系，結(jié)果表明兩者之間有著顯著關(guān)系，尤其是伴隨著智力殘疾的自閉癥譜系障礙。

五、結(jié)語(yǔ)

在環(huán)境因素和時(shí)間因素共同作用下，高齡男性的精子細(xì)胞在DNA水平、染色體水平、表觀遺傳學(xué)水平上均有變化，而男性生殖細(xì)胞的高速?gòu)?fù)制頻率也使染色體突變和DNA突變的概率更高。20歲的時(shí)候男性的染色體復(fù)制了150次，而在50歲的時(shí)候大概進(jìn)行了840次，這大大增加了精原干細(xì)胞分化成精子過(guò)程中染色體復(fù)制錯(cuò)誤的概率[29]。而DNA的復(fù)制頻繁，隨著年齡的增長(zhǎng)DNA復(fù)制和修復(fù)更加容易出錯(cuò)[30]。由于年齡大在精子發(fā)生過(guò)程中受環(huán)境因素影響的時(shí)間長(zhǎng)，表觀遺傳學(xué)方面也發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。

這些變化都伴隨著高齡男性的生育能力下降，但尚沒(méi)有明確評(píng)價(jià)男性年齡與生育力關(guān)系的體系。而最近的研究都只表明高齡男性仍有生育能力，甚至是90歲的男性仍然可能會(huì)有生育能力，而年齡的增長(zhǎng)只是生育力下降，沒(méi)有能明確量化下降多少。想要更加清楚地了解年齡和男性遺傳學(xué)改變的聯(lián)系還需繼續(xù)進(jìn)行研究。

由于二胎政策剛開(kāi)不久，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)高齡男性生育后代的數(shù)量會(huì)越來(lái)越多，已經(jīng)有許多研究表明男性高齡生育會(huì)增加后代患某些疾病的幾率，因此未來(lái)應(yīng)進(jìn)行如何降低、解決高齡男性的遺傳學(xué)改變對(duì)子代的不利影響的研究。Jennings等[31]對(duì)是否應(yīng)該因?yàn)楦赣H高齡做胚胎植入前遺傳學(xué)診斷(PGD，preimplantation genetic diagnosis)進(jìn)行了研究，并沒(méi)有足夠的證據(jù)支持因父親高齡需要做PGD，但仍然對(duì)高齡父親提出建議：正常性生活12個(gè)月后，女性仍沒(méi)有懷孕的必須要做精液常規(guī)檢查，包括精子濃度、精子數(shù)、運(yùn)動(dòng)力、前向運(yùn)動(dòng)力，如有異常推薦復(fù)查一次。

盡管現(xiàn)代輔助生殖技術(shù)已經(jīng)能降低因父親高齡而致子代某些疾病的發(fā)病率，但在適宜年齡及時(shí)生育會(huì)更好?；蛘邔⒕永鋬觯员汶S年齡增長(zhǎng)或其他因素導(dǎo)致精子質(zhì)量不佳時(shí)有高質(zhì)量的精子可以用于輔助生殖。

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[編輯：谷炤]

Research progress on genetics changes of elderly men

ZHANGHan1，F(xiàn)ANLi-qing1，2*

1.InstituteofReproductive&StemCellEngineering，SchoolofBasicMedicalScience,CentralSouthUniversity，Changsha410000 2.Reproductive&GeneticHospitalofCITIC-XiangYa，Changsha410000

With the development of social economic，male reproductive age has been gradually delayed at home and abroad.The two-child policy has been implemented since 2015，which leads to a significant increase in birth in older men.Although the problem of elder male fertility can be resolved by ART，genetic safety issues cannot be ignored.With the increasing of age，by the combined influence of time and environment，the spermatogenesis capacity has decreased，and the genetics changes increase the risk of cognitive neurological disease，autosomal dominant disease，congenital disease and other disease in offspring.So clinical practices of reproductive medicine demand to pay attention to the changes of genetics in men，optimize ART therapy regimen，and prevent and control the health problem of offspring due to reproductive problem in older men.This paper reviews the research progress on the elder male genetics change in the past 20 years，and summarizes the evidence of genetics change in elder men，and put forward some suggestions for prevention and control of the genetic risk in elder men.

Paternal age effect； DNA fragmentation； DNA mutation； Chromosome mutation； Epigenetics

10.3969/j.issn.1004-3845.2017.11.013

2017-08-21；

2017-09-14

教育部博士點(diǎn)基金(20120162110058)；國(guó)家自然科學(xué)基金(34172054)

張晗，男，湖北洪湖人，碩士研究生在讀，遺傳學(xué)專業(yè).(*

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