牟珍妮，孫振高，宋景艷，劉紅根，喬巖，夏慶昌

(1.山東中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，濟(jì)南 250014；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，濟(jì)南 250014；3.山東中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床學(xué)院，濟(jì)南 250014)

肥胖是一種慢性代謝性疾病，能增加高血壓、糖尿病、骨關(guān)節(jié)炎、癌癥及心血管疾病等的患病率，是威脅人類健康的重大隱患。精子的發(fā)生和成熟是處于嚴(yán)格調(diào)控機(jī)制下的高度復(fù)雜的生理過程，涉及睪丸、附睪、附屬腺體等。近年來，越來越多的臨床和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，肥胖通過多種途徑對男性的生殖功能產(chǎn)生影響，主要表現(xiàn)在影響男性內(nèi)分泌[1]、降低精液質(zhì)量[2]、增加精子DNA損傷[3]以及損害精子頂體反應(yīng)[4]等方面，繼而引起胚胎質(zhì)量受損、發(fā)育障礙、著床率降低以及流產(chǎn)率增加等[5]。目前肥胖影響男性精子發(fā)生機(jī)制的研究尚存在爭議，故本文對目前的一些觀點(diǎn)予以綜述并展開討論。

一、肥胖對男性神經(jīng)-內(nèi)分泌的影響

(一)肥胖?jǐn)_亂男性生殖內(nèi)分泌軸

在肥胖的男性中，多余的白色脂肪組織中的芳香化酶(細(xì)胞色素P450酶)活動(dòng)過度導(dǎo)致雄激素過度轉(zhuǎn)化為雌激素，過多的雌激素負(fù)反饋抑制下丘腦-垂體-性腺軸(HPG軸)，導(dǎo)致卵泡刺激素(FSH)及黃體生成素(LH)釋放幅度和頻率下降，致使體內(nèi)睪酮水平顯著降低[6-7]。而青春期男性的睪丸發(fā)育及成年后男性次級精母細(xì)胞的減數(shù)分裂及精子細(xì)胞的成熟都必須依賴于睪酮，且睪丸內(nèi)高水平的睪酮是維持血睪屏障(BTB)與支持細(xì)胞以及支持細(xì)胞與生殖細(xì)胞之間連接所必須的[8]。此外，F(xiàn)SH是支持細(xì)胞另一個(gè)重要的調(diào)節(jié)因子，可以刺激精子細(xì)胞的發(fā)生與成熟[9]。因此，肥胖可能通過抑制男性體內(nèi)性激素的水平降低精子的數(shù)量及質(zhì)量。

(二)肥胖誘發(fā)炎癥反應(yīng)

肥胖男性體內(nèi)的白色脂肪細(xì)胞產(chǎn)生和分泌大量的脂肪因子，其中大多數(shù)脂肪因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、瘦素、干擾素、白細(xì)胞介素(IL-1、IL-6和IL-18)等均屬于促炎性細(xì)胞因子。這些促炎性因子既能介導(dǎo)炎癥反應(yīng)引起巨噬細(xì)胞增多，又能破壞葡萄糖的穩(wěn)態(tài)和胰島素的耐受性。而促炎性因子對男性精液的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：其一是肥胖個(gè)體HPG軸對瘦素的抵抗[10]，致使下丘腦不能正常產(chǎn)生足夠的促性腺激素釋放激素(GnRH)，影響FSH、LH的釋放以及睪酮的產(chǎn)生[11]；其二是促炎性因子可以損害睪丸中的生精上皮，最顯著的是IL-1、TNF-α和干擾素，它們作用于支持細(xì)胞，影響連接蛋白和肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白細(xì)胞骨架蛋白的表達(dá)和組裝，從而誘導(dǎo)相鄰支持細(xì)胞之間細(xì)胞連接的開放，致使精子發(fā)生必需的生精上皮生態(tài)位的紊亂[12-13]，最終導(dǎo)致精子數(shù)量及質(zhì)量的降低。

二、肥胖對精子相關(guān)結(jié)構(gòu)及功能的影響

(一)肥胖增加氧化應(yīng)激反應(yīng)

肥胖男性中精子質(zhì)量受損的一個(gè)主要因素是過量的活性氧(ROS)引起的氧化應(yīng)激。ROS主要包括氧化物陰離子、一氧化氮、羥自由基和氧化劑等。ROS在細(xì)胞代謝中可以正常產(chǎn)生，而肥胖男性的慢性炎癥狀態(tài)使其形成增加。過量的ROS可以誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，致使精子DNA和質(zhì)膜完整性受損并且能增加睪丸環(huán)境的壓力[14]。促炎性細(xì)胞因子(如IL-6、TNF-α)通過產(chǎn)生高水平的ROS來破壞生精上皮和附睪上皮細(xì)胞；此外，吸引吞噬細(xì)胞浸潤的炎癥還能夠在男性生殖道中誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，加劇精子的受損[15]。Tunc等[16]研究表明精液和睪丸中氧化應(yīng)激反應(yīng)與體重指數(shù)(BMI)和精子DNA損傷的增加呈正相關(guān)，與精子活力和頂體反應(yīng)呈負(fù)相關(guān)。由此可見，肥胖男性過度的氧化應(yīng)激是導(dǎo)致其精子質(zhì)量差的潛在機(jī)制之一。

此外，精液中ROS水平與男性BMI指數(shù)呈正相關(guān)[17]，精子因其特殊的簡化細(xì)胞器和有限的抗氧化能力而易受氧化應(yīng)激的影響。在精子細(xì)胞中，ROS主要來源于線粒體，可以通過精卵識(shí)別、融合和受精來促進(jìn)其活性[18]，但高水平的ROS容易攻擊精子質(zhì)膜中的脂質(zhì)及細(xì)胞核和線粒體中的DNA[19]。

(二)氧化應(yīng)激影響精子相關(guān)結(jié)構(gòu)功能

1.增加精子DNA損傷：精子細(xì)胞核中DNA的完整性是精液質(zhì)量的重要決定因素，它對于受精率、胚胎質(zhì)量、妊娠率和流產(chǎn)率至關(guān)重要。目前，關(guān)于人類及小鼠的研究均證實(shí)肥胖與精子DNA完整性之間存在顯著負(fù)相關(guān)[20-21]。肥胖男性精子DNA結(jié)構(gòu)損傷的主要原因之一是ROS，精子DNA特異性的氧化攻擊可直接導(dǎo)致精子DNA碎片化，并導(dǎo)致堿加化合物(尤其是8-羥基-2′-脫氧鳥苷)的形成，致使堿基錯(cuò)配和DNA突變[22]；ROS還可以激活半胱天冬酶，通過半胱天冬酶激活核酸內(nèi)切酶，形成使精子DNA碎片化，間接損傷精子DNA[23]。另外，由于抗氧化劑防御能力的限制和DNA修復(fù)系統(tǒng)的缺陷，精子中ROS引起的DNA損傷更嚴(yán)重，增加了受精和胚胎發(fā)育失敗的風(fēng)險(xiǎn)[24]。

2.改變精子脂質(zhì)組成：精子膜由各種飽和脂肪酸(即肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸等)和不飽和脂肪酸(即棕櫚油酸、油酸、亞油酸、花生四烯酸、二十二碳六烯酸等)組成，其中不飽和脂肪酸的含量較高，尤其是高水平的二十二碳六烯酸(DHA)占總脂肪酸組成的30%[25]。研究表明，精子的DHA可以正向調(diào)節(jié)精子的濃度、形態(tài)和活力[25-26]。然而，膜狀不飽和脂肪酸易受ROS影響，導(dǎo)致脂質(zhì)的過氧化，使膜脂的流動(dòng)性變差，影響精子的活力和頂體反應(yīng)[27]。另外，膜內(nèi)膽固醇是精子中的主要組成成分，在精子成熟和獲能過程中細(xì)胞膜膽固醇從精子膜中流出對于改變膜流動(dòng)性并進(jìn)一步維持精子活力和正常頂體反應(yīng)至關(guān)重要[28]。已有研究證實(shí)肥胖男性的精子膽固醇含量顯著升高，從而導(dǎo)致精子形態(tài)和活力的異常，以及頂體反應(yīng)的過早發(fā)生[29]。

3.導(dǎo)致精子頂體反應(yīng)缺陷：頂體反應(yīng)是指精子獲能后，在輸卵管壺腹部與卵母細(xì)胞相遇，頂體開始釋放頂體酶，溶蝕放射冠和透明帶的過程。頂體反應(yīng)是一種特殊類型的Ca2+依賴性胞吐作用，是受精的先決條件。精子中含有Rab3A、N-乙基馬來酰亞胺-敏感因子(NSF)等可溶性NSF-附著蛋白受體(SNARE)蛋白和突觸結(jié)合蛋白VIAR。α-可溶性NSF附著蛋白(α-SNAP)是通過NSF和SNARE相互作用在頂體反應(yīng)中直接作用的一種重要蛋白質(zhì)[30]。Shi等[31]通過分析精子中蛋白質(zhì)-酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)的水平和活性以及其在各種病理生理?xiàng)l件下對精子頂體反應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)PTP1B可能是導(dǎo)致肥胖男性不育的關(guān)鍵分子。根據(jù)頂體胞吐作用模型提示，成功的頂體反應(yīng)需要拆解cis-SNARE復(fù)合物并重新組裝穩(wěn)定的反式SNARE復(fù)合物，通過PTP1B去磷酸化NSF是啟動(dòng)cis-SNARE復(fù)合物解聚的關(guān)鍵步驟。在ob/ob小鼠精子中持續(xù)性高PTP1B活性將導(dǎo)致胞吐所需的蛋白酪氨酸磷酸化事件的抑制，并因此終止精子頂體反應(yīng)。由此可見，肥胖雄性精子中的高PTP1B活性會(huì)損害精子的頂體反應(yīng)，影響男性的生育能力。PTP1B可能是男性不育癥新的潛在治療靶點(diǎn)。

4.影響精子的體內(nèi)獲能：在哺乳動(dòng)物中，新鮮射出的精子必須經(jīng)過一系列的生理和生化反應(yīng)才能獲得運(yùn)動(dòng)和受精的能力，統(tǒng)稱為獲能，獲能是受精的重要先決條件。ROS的產(chǎn)生是在獲能早期，其主要是超氧陰離子及其歧化產(chǎn)物[32]，ROS能夠擴(kuò)散并穿過細(xì)胞膜損害大多數(shù)類型的分子和結(jié)構(gòu)，并能夠影響幾乎所有的獲能部分，ROS在獲能中的作用是劑量依賴性的，適量的ROS作為獲能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)以促進(jìn)膽固醇流出[33]、cAMP的產(chǎn)生和PTP的產(chǎn)生。而過剩的ROS是有害的，肥胖男性患者精液中ROS含量高，多余的ROS能夠破壞精子表面的多不飽和脂肪酸和精子-透明帶的相互作用，誘導(dǎo)內(nèi)在的凋亡途徑[34]，影響精子的體內(nèi)獲能，最終導(dǎo)致胚胎發(fā)育失敗[35]。

三、肥胖影響精子表觀遺傳修飾

表觀遺傳學(xué)修飾是對表觀基因組表達(dá)的調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)不依賴基因序列的改變且可遺傳表觀。表觀遺傳修飾因素如DNA甲基化、組蛋白修飾和miRNA等是對環(huán)境刺激變化的反映，這些因素相互作用調(diào)節(jié)基因表達(dá)，控制細(xì)胞表型，維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。近年來，越來越多關(guān)于肥胖對表觀遺傳影響的研究顯示，BMI增加會(huì)導(dǎo)致DNA的甲基化[36-37]。

DNA的甲基化和組蛋白的乙酰化是精子發(fā)生過程中的動(dòng)態(tài)現(xiàn)象，對正常的精子發(fā)生及成功妊娠至關(guān)重要。DNA甲基化是甲基與核苷酸可逆可遺傳的連接，其最常見形式發(fā)生在CpG二核苷酸的胞嘧啶的5’碳上，產(chǎn)生5-甲基胞嘧啶。精子中的DNA甲基化與組蛋白的乙酰化有關(guān)，致使其被精胺取代[38]。精子DNA甲基化程度因個(gè)體間的差異而有一定的不同。一項(xiàng)全基因組研究報(bào)告提示，精子中9 081個(gè)獨(dú)特基因在肥胖男性和正常男性之間甲基化存在差異[39]。在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖大鼠模型中，鑒定的92個(gè)參與細(xì)胞定位、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過程的基因所對應(yīng)的差異性甲基化區(qū)域，發(fā)現(xiàn)部分差異性甲基化區(qū)域出現(xiàn)隔代遺傳現(xiàn)象[40]。

四、其他因素

除外以上因素，溫度在男性精子發(fā)生過程中起重要作用。正常情況，陰囊溫度比人體溫度低1～2℃。陰囊溫度升高會(huì)降低精液參數(shù)，增加精子DNA損傷及氧化應(yīng)激反應(yīng)。肥胖患者陰囊周圍脂肪堆積，抑制散熱，睪丸局部溫度升高，可引起精子DNA損傷和氧化應(yīng)激反應(yīng)的增加[41]。另外，肥胖患者運(yùn)動(dòng)較正常人少，可能對精子的發(fā)生產(chǎn)生一定的影響。

綜上所述，肥胖對男性精子發(fā)生過程存在多方面的影響，且近年來男性肥胖者及男性不育患者逐年增加，深入研究肥胖對男性精子發(fā)生機(jī)制的影響具有極為重要的臨床意義。目前國內(nèi)外關(guān)于肥胖對男性精子發(fā)生機(jī)制的研究主要停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究階段，研究側(cè)重于炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、DNA損傷、表觀遺傳修飾等方面，具體機(jī)制尚不完善。因此，積極探明其機(jī)制，予以針對性防范和治療對于保護(hù)男性生殖健康至關(guān)重要。

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