苗陳巋,徐愛明,張建中,朱俊棟,王增軍
(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科,江蘇南京 210029)
·綜 述·
精液液化機(jī)制及其影響因素的研究進(jìn)展
苗陳巋,徐愛明,張建中,朱俊棟,王增軍
(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院泌尿外科,江蘇南京 210029)
射精后,精液的凝固和液化是精子向前運(yùn)動和精子獲能的關(guān)鍵,這個過程受很多因素的共同調(diào)控。精囊凝固蛋白(SemenogelinⅠ)、附睪蛋白酶抑制劑(Eppin)與前列腺特異性抗原(PSA)在調(diào)控精液凝固與液化過程中起主導(dǎo)作用。同時,蛋白水解酶系、脂蛋白系、pH值、微量元素、生殖系統(tǒng)感染等同樣可參與精液液化的過程。目前對精液液化的機(jī)制及影因素研究取得了一定的進(jìn)展,但由于其機(jī)制十分復(fù)雜,尚未被人們完全認(rèn)識。本文就精液液化的機(jī)制及其影響因素的最新研究進(jìn)展作一綜述。
精液;液化;精囊凝固蛋白;影響因素
射精后,精液呈半膠凍樣的凝固狀態(tài),并在短時間內(nèi)發(fā)生液化。精液的凝固液化過程主要受精囊凝固蛋白Ⅰ(semenogelinⅠ,SgⅠ)、前列腺特異性抗原(prostate-specificantigen,PSA)、以及附睪蛋白酶抑制劑(epididymalproteaseinhibitors,Eppin)等共同調(diào)控[1]。凝固的精液在射精后5~10min開始液化,精子前向運(yùn)動。當(dāng)精液射出體外后,超過60min仍不能液化或不完全液化稱為精液液化異常[2]。精液液化障礙是導(dǎo)致男性不育的重要原因之一,由精液液化異常引起的男性不育癥已經(jīng)引起了生殖醫(yī)學(xué)界廣泛的重視和關(guān)注。
1.1SgⅠ 在精液凝固的調(diào)控過程中起主要作用的是精囊凝固蛋白SgⅠ。SgⅠ由精囊上皮細(xì)胞特異性分泌,當(dāng)精子進(jìn)入精囊近端與射精管交界處,精囊液中的SgⅠ便與精子相混合,并結(jié)合到精子表面。熒光定位證實(shí)SgⅠ存在于精子的頭部后方、中段及尾部,它可以使精液發(fā)生凝固,抑制精子的活動[3]。精液液化過程中,SgⅠ是PSA的生理底物,PSA在前列腺液中受高濃度的Zn2+抑制呈無活性的前體狀態(tài)。當(dāng)精液經(jīng)射精管進(jìn)入前列腺尿道時,精子和精漿便與前列腺液混合,精漿中SgⅠ與前列腺液中的Zn2+結(jié)合,使Zn2+失去了對某些蛋白酶的抑制作用,從而激活PSA。活化的PSA可水解精漿中的SgⅠ,產(chǎn)生許多相對分子質(zhì)量較小的水解片段,精液從半膠凍狀逐漸液化,同時解除SgⅠ對精子活動的抑制,精子活力增強(qiáng)[4]。與正常男性組對比,在精液發(fā)生液化后,弱精子癥男性精液中的SgⅠ仍然停留在精子表面,可進(jìn)一步導(dǎo)致精子運(yùn)動能力的減低,這在一定程度上可以解釋SgⅠ與弱精子癥發(fā)生的關(guān)系,但其具體的調(diào)控機(jī)制尚不明確[5]。
1.2SgⅠ衍生肽段 利用重組SgⅠ體外與精子共孵育數(shù)小時發(fā)現(xiàn),SgⅠ氨基端N(氨基酸24-163序列)抑制精子活動,而與Eppin結(jié)合的SgⅠ羧基端C(氨基酸164-283序列)對精子運(yùn)動無抑制作用。液化過程中,Sg的N端片段不被Eppin保護(hù),PSA清除SgⅠ分子中包含精子活力抑制因子的N端片段,使精子獲得前向運(yùn)動的能力[6-7]。在精液液化過程中,PSA水解SgⅠ產(chǎn)生不同生物活性的分解片段,調(diào)控精子的獲能和運(yùn)動。通過離子交換,分子篩等步驟發(fā)現(xiàn)正常人精漿SgⅠ可被降解產(chǎn)生SgⅠ-29、46、47、52等小分子片段。針對這些片段的研究,發(fā)現(xiàn)SgⅠ-29 具有廣譜的抗菌活性,隨著SgⅠ水解的進(jìn)行,其抗菌活性逐步增強(qiáng)[8]。SgⅠ小分子衍生肽的抗菌活性與pH,Zn2+濃度及自身存在形態(tài)也存在相關(guān)性[9]。
1.3Eppin與PSA、SgⅠ的作用關(guān)系Eppin基因含Kunitze和Wap型兩種基因結(jié)構(gòu),屬于含4個二硫鍵為核心乳酸蛋白樣基因家族(WFDC,wheyacidicprotein(WAP)four-disulfidecoredomain)成員,具有絲氨酸蛋白激酶抑制劑樣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[10]。WFDC基因位于人類染色體20q12-13,在著絲點(diǎn)和端粒處各有1個基因簇,WFDC基因位點(diǎn)上含有類似于3個WFDC6的強(qiáng)選擇抑制性的旁系同源片段,即為附睪蛋白酶抑制劑(Eppin)[11]。Eppin蛋白由睪丸和附睪分泌,射精時當(dāng)精液進(jìn)入附睪的輸出管時,精子便與附睪分泌的大量Eppin相接觸。精囊液中的SgⅠ通過與覆蓋在精子表面的Eppin相結(jié)合形成的SgⅠ-Eppin復(fù)合體而存在于精子表面。用抗EppinN端和C端的抗體分別與Eppin結(jié)合,發(fā)現(xiàn)與EppinN端結(jié)合的抗體對PSA水解SgⅠ沒有影響,而與EppinC端結(jié)合的抗體使Eppin失去了對SgⅠ片段的保護(hù),PSA水解SgⅠ產(chǎn)生很多低分子量的片段[12]。同時,研究發(fā)現(xiàn)在Eppin的C端加入高特異性單克隆抗體可產(chǎn)生抑制精子活力的作用,包括精子本身彎曲度的增加,運(yùn)動速度和運(yùn)動距離的下降等[13]。這說明Eppin的C端(氨基酸75-133序列)可與SgⅠ結(jié)合形成一個受到Eppin的保護(hù)而不被水解的片段,對精子的運(yùn)動和獲能具有重要的作用。質(zhì)譜分析顯示,該受保護(hù)的片段含有Cys239殘基。SILVA等[14]發(fā)現(xiàn)了其中的Cys239殘基片段突變成甘氨酸,天冬氨酸,絲氨酸等,SgⅠ與Eppin的結(jié)合功能明顯受到抑制,SgⅠ抑制精子運(yùn)動的能力也顯著下降,說明了Cys239殘基調(diào)控精子活力和獲能的重要性。同時,研究發(fā)現(xiàn)Eppin-SgⅠ的結(jié)合可能會干擾精子細(xì)胞內(nèi)的pH值及相關(guān)離子的吸收,造成精子細(xì)胞內(nèi)鈣離子的流失,導(dǎo)致精子活力的降低和精液液化過程的障礙[15]。
2.1 纖溶酶原系統(tǒng) 精液的凝固液化類似于血液的凝固與纖溶途徑。目前精液中凝固液化因子的作用機(jī)制尚不完全清楚。血液中的纖溶酶原激活因子主要包括組織纖溶酶原激活劑(tissue-typeplasminogenactivator,tPA)及尿激酶纖溶酶原激活劑(urokinase-typeplasminogenactivator,uPA)等。人類精液中也存在大量的tPA和uPA,且精液中的tPA和uPA的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于血液中的濃度。迄今發(fā)現(xiàn)精液中的凝固因子主要包括:組織因子(tissuefactor,TF)、組織因子信號通路抑制劑(TissuefactorpathwayinhibitorⅠ,tFPⅠ)、因子Ⅶ(FⅦ)及因子Ⅷ(FⅧ)等。精液液化過程中,組織纖溶酶原激活劑(tPA)可使纖溶酶原激活,進(jìn)而產(chǎn)生纖溶酶,降解纖維蛋白,導(dǎo)致精液液化[16]。有研究發(fā)現(xiàn)在人類腦部組織中tPA和纖溶酶原(plasminogen,Pg)可與電壓依賴性陰離子通道(voltage-dependentanionchannels,VDAC)緊密相連,共同調(diào)控著細(xì)胞的增殖和凋亡。在tPA激活Pg形成纖溶酶(plasmin,Pm)時,VDAC可通過其還原性輔酶(β-Nicotinamideadeninedinucleotide,NADH)依賴性氧化還原反應(yīng)作用Pg的K5區(qū)域,從而釋放纖溶酶。在纖溶酶形成后,VDAC可充當(dāng)其作用的底物,扮演纖維蛋白的角色[17]。VDAC本身是一種電壓依賴性陰離子通道蛋白,在精子表面表達(dá)并調(diào)控精子活力[18]。因此,我們推測在精液中可能也存在著tPA與精子膜表面VDAC蛋白的結(jié)合,共同調(diào)控著精液凝固液化的過程,但這還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)去探索。此外,有研究者通過質(zhì)譜技術(shù)鑒定,發(fā)現(xiàn)在精子表面纖維連接蛋白(Fn)與Eppin在的特異性結(jié)合,推測調(diào)控精液液化可能存在兩種分子通路-通過EppinN端片段與Fn結(jié)合和C端片段與SgⅠ結(jié)合-共同控制精液凝固和液化過程。Eppin的N端結(jié)合的是Fn的第607-1265片段,熒光定位顯示Eppin-Fn復(fù)合物富集于精子的中部和尾部,從而發(fā)揮調(diào)控精子運(yùn)動,獲能以及精液液化的生理過程的作用[19]。目前有關(guān)Fn與Eppin的結(jié)合機(jī)制以及與SgⅠ相互關(guān)系尚不清楚,需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。
2.2 激肽釋放酶等蛋白酶類 人激肽釋放酶(kallikrein-relatedpeptidases,KLKs) 是一組絲氨酸蛋白酶,其基因位于第19號染色體q13.3-13.4上,可編碼15種絲氨酸蛋白酶,包括KLK2、KLK3、KLK4、KLK5等[20]。精液中KLK2、KLK3、KLK5均由前列腺分泌,在精液的液化過程中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)KLK2、KLK3、KLK5在精液液化障礙組的表達(dá)較液化正常組的表達(dá)明顯降低[21]。NASHMILEMAMI等[22]發(fā)現(xiàn)了KLK14可作為KLK3等激肽釋放酶的活化劑,調(diào)控PSA水解SgⅠ,參與精液液化的調(diào)節(jié)。體外將KLK14裂解成小肽片段,經(jīng)過一系列級聯(lián)反應(yīng),可激活精漿中的轉(zhuǎn)化生長因子(TGFβ1),誘導(dǎo)精液液化[23]。同時,精液中的KLK2可激活PSA,參與精液的液化過程。位于其結(jié)構(gòu)中的n99循環(huán)通路存在開放和閉合兩種構(gòu)象,參與抑制精漿中鋅離子的濃度和一些蛋白酶的活性,在調(diào)控KLK2的生理功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用[24]。因此,我們推測KLKs各個亞型可能參與調(diào)控精液凝固和液化,但其具體的分子機(jī)制尚不明確,需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。
2.3 男性生殖系統(tǒng)感染 臨床上男性生殖系統(tǒng)感染以慢性前列腺炎患者居多,其分泌的前列腺液成分發(fā)生變化,影響精液pH值、相關(guān)酶的含量及化學(xué)成分的改變。前列腺炎患者分泌管出現(xiàn)不同程度的阻塞,導(dǎo)致精液中PSA分泌量的減低,影響PSA水解SgⅠ的過程,可使精液液化異常[25]。利用左氧氟沙星治療慢性前列腺炎患者發(fā)現(xiàn)與藥物反應(yīng)低下組相比,藥物敏感組患者的精液中白細(xì)胞含量明顯減少,精液的黏度及液化時間也隨之降低[26]。然而,近期的一項(xiàng)薈萃分析揭示了慢性前列腺炎對精液質(zhì)量,精子濃度及精液液化時間并無顯著的影響,但對精子的活力和活動率有較明顯的抑制作用[27]。此外,精囊炎亦是一種較為常見的男性生殖系統(tǒng)疾病,研究發(fā)現(xiàn)精囊炎患者精漿中的SgⅠ表達(dá)水平較正常組顯著降低。因此,我們推測SgⅠ在精囊炎患者體內(nèi)表達(dá)減低,其小分子片段的抗菌活性受到抑制,導(dǎo)致精囊炎的發(fā)生。同時,精囊炎患者精漿中低水平的SgⅠ可能參與了精液凝固液化的調(diào)控,但其具體的分子機(jī)制尚不明確,有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究[28]。
2.4 抗精子抗體(antispermantibodies,ASAb) 抗精子抗體是一種較為復(fù)雜的病理產(chǎn)物,其產(chǎn)生機(jī)制尚不明了。在男性生殖系統(tǒng)內(nèi),一些疾病諸如睪丸疾病,精索靜脈曲張,及生殖道炎癥等均可在精液中檢測到高水平的ASAb,是男性不育的重要誘發(fā)因素[29]。同樣,精子對于女性生殖道是一種異物,女性體內(nèi)如女性生殖道的炎癥和損傷也會產(chǎn)生ASAb,阻礙精子穿過宮頸黏液和受精過程,引起男性的自身免疫性不育[30]。循證醫(yī)學(xué)證據(jù)表明,ASAb陽性組患者的精液液化時間明顯長于ASAb陰性的對照組。同時,ASA陽性組的精子濃度和精子活力也顯著低于ASAb組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[31]。由此,抗精子抗體可導(dǎo)致精液凝固液化的異常,引起男性不育。
2.5 鋅等微量元素 鋅是人體中一種重要的微量元素,精液中的Zn2+主要由前列腺分泌。射精時,前列腺液中高濃度的Zn2+與精漿中SgⅠ結(jié)合,失去對PSA的抑制作用,使前體形式的PSA被激活。也有研究發(fā)現(xiàn),精液液化不良組Zn2+比正常組偏低,說明Zn2+是促進(jìn)精液液化的有利因素[32]。因此,Zn2+在精液液化中可能扮演著雙重角色。同時,鋅離子能夠影響垂體促性腺激素分泌,促進(jìn)性腺發(fā)育,維持正常的機(jī)能。長期缺鋅,可以影響垂體的功能,導(dǎo)致促性腺激素合成和分泌減少,影響精子的生成和精液液化。
2.6pH值 精液pH值的正常范圍為7.2~8.0,受來自精囊堿性分泌物和前列腺酸性分泌物的雙重調(diào)控。前列腺發(fā)生炎癥時,在精囊堿性分泌物的作用下pH值上升。當(dāng)pH值超過8.8時,精液會發(fā)生液化障礙[33]。精液進(jìn)入陰道后,宮頸黏液的pH亦能夠影響精液液化。宮頸粘液pH值一般為7~8.5,并且受甾體類激素的調(diào)節(jié)。雄激素可顯著降低宮頸黏液的pH值,減弱精子與宮頸黏液之間的相互作用,不利于精子在宮頸黏液中的前向運(yùn)動[34]。由此,我們推測宮頸黏液中pH值的高低可能參與了精液進(jìn)入女性生殖道內(nèi)的液化過程。
精液凝固液化是一個較為復(fù)雜的過程,影響因素也較多。目前對精液凝固液化的機(jī)制研究主要集中在Eppin調(diào)控PSA水解SgⅠ,鋅離子等微量元素、pH值以及男性生殖系統(tǒng)感染等方面。有關(guān)精液中的組織型纖溶酶原激活因子tPA、纖維連結(jié)蛋白Fn,激肽釋放酶家族KLKs以及抗精子抗體ASAb等調(diào)控精液液化的研究較少。我們推測,tPA、Fn及KLKs等因子可能參與調(diào)節(jié)精液凝固和液化過程,但其具體的作用機(jī)制仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)去探索。研究這些調(diào)節(jié)因子有助于進(jìn)一步解釋精液凝固液化的分子機(jī)制,同時為臨床上精液液化異常所引起的男性不育癥患者提供一種新的臨床診療手段。
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(編輯 王 瑋)
2016-03-15
2016-04-16
國家自然科學(xué)基金(No.81270685)
王增軍,主任醫(yī)師,教授,博士生導(dǎo)師.E-mail:zengjunwang2002@sina.com
苗陳巋(1992-),男(漢族),碩士在讀,研究方向:泌尿男科學(xué)專業(yè).E-mail:medicalmck@163.com
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A
10.3969/j.issn.1009-8291.2016.12.020