精子鞭毛形態(tài)與精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系

王改改 王家雄 沈麗燕

[摘要] 目的 探討精子鞭毛形態(tài)與精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系。 方法 選取2015年11月～2017年12月蘇州市立醫(yī)院本部生殖遺傳中心15 398例精液樣本的檢測(cè)結(jié)果，將樣本分為弱精子癥組（4941例）和精子活動(dòng)率正常組（10 457例），統(tǒng)計(jì)兩組精子的形態(tài)差異，分析精子鞭毛形態(tài)異常與精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系。 結(jié)果 兩組精子形態(tài)畸形率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），弱精子癥組和正常組的頸部和中段成角彎曲[（9.41±3.62）% vs.（8.33±3.12）%]、短尾[（1.34±2.87）% vs.（0.74±1.08）%]、發(fā)夾樣彎曲[（0.69±0.92）% vs.（0.64±0.81）%]、卷曲[（8.83±4.09）% vs. （7.53±3.52）%]、主段成角彎曲[（8.24±2.93）% vs.（7.65±2.58）%]比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。精子鞭毛畸形最常見(jiàn)的三種類型是中段成角彎曲、卷曲以及主段成角彎曲；隨著這3種畸形所占比例的逐漸升高精子活動(dòng)性逐漸降低，差異均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。 結(jié)論 精子鞭毛形態(tài)異常對(duì)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)有明顯影響，對(duì)于弱精子癥患者有必要觀察其精子鞭毛形態(tài)。

[關(guān)鍵詞] 精子形態(tài)；精子活動(dòng)率；鞭毛異常；男性不育

[中圖分類號(hào)] R698.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2018）09（c）-0012-05

[Abstract] Objective To analyze the relationship between sperm tail morphology and sperm motility parameters. Methods A total of 15 398 specimens were collected from Reproductive and Genetic Center in Suzhou Municipal Hospital from November 2015 to December 2017. The samples were divided into asthenospermia group （4941 cases） and normal spermatozoa activity group （10 457 cases）. The morphological malformation statistics of the two groups were collected. The relationship of sperm tail morphology and sperm motility parameters were analyzed. Results The abnormal morphology rates of asthenospermia group and normal group were significantly different （P < 0.05）. There was statistically difference between asthenospermia group and the normal in mid piece angular bend [（9.41±3.62）% vs. （8.33±3.12）%]， short [（1.34±2.87）% vs. （0.74±1.08）%]， hairpin-like bend [（0.69±0.92）% vs. （0.64±0.81）%]， curled [（8.83±4.09）% vs. （7.53±3.52）%]， and main piece angular bend [（8.24±2.93）% vs. （7.65±2.58）%] （P < 0.05）. The most common types of abnormal sperm tail morphology were mid piece angular bend， curling and main piece angular bend. Sperm motility gradually decreased as the proportion of the three kinds of malformations gradually increased. With the increase of the proportion of these three deformities sperm motility gradually malcreased， the differences were highly statistically significant （P < 0.01）. Conclusion Sperm tail morphology malformation on sperm motility parameters has statistically influence. It is necessary to observe the sperm tail morphology of asthenospermia patients.

[Key words] Sperm morphology； Sperm motility； Flagellum abnormal； Male infertility

全世界的育齡夫婦大約有1/6受到不孕不育問(wèn)題的困擾，其中男性原因占20%～50%[1]。作為唯一的一種在男性體外發(fā)揮功能的細(xì)胞，精子與其他體細(xì)胞或者生殖細(xì)胞相比是高度特異且具有不同的形態(tài)。精子由頭部和鞭毛組成，其中鞭毛分為頸部、中段、主段和末段，為精子活動(dòng)提供動(dòng)力。超過(guò)85%的不育男性可以產(chǎn)生精子[2]。然而由于某些原因，這些精子并不能使卵子受精。精液檢查是評(píng)估男性不育的第一步。大量研究表明[3]，精子形態(tài)異常對(duì)男性不育有重要的影響，甚至導(dǎo)致胚胎停止發(fā)育。有缺陷的精子被認(rèn)為對(duì)懷孕和健康的發(fā)展有重大影響，可能導(dǎo)致父系介導(dǎo)的流產(chǎn)率增加[4]；正常精子形態(tài)百分率對(duì)體外受精的受精率及胚胎形成有一定影響[5]。精子頭部畸形影響其運(yùn)動(dòng)參數(shù)[6]。頭部的特異性畸形，如圓頭精子癥、頂體酶異常、DNA碎片等亦有相關(guān)報(bào)道。精子鞭毛的一些特異性畸形，如原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙、精子鞭毛多發(fā)形態(tài)異常、成人型多囊腎等對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響較為明確，但是精子鞭毛各項(xiàng)非特異性畸形對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響鮮見(jiàn)報(bào)道，也值得臨床探討。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2015年11月～2017年12月在蘇州市立醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）本部生殖遺傳中心檢查的男性不育患者15 398例精液樣本，無(wú)遺傳性疾病家族史。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者或家屬均知情同意。

1.2 精液標(biāo)本收集

所有患者精液檢查前均禁欲2～7 d，手淫方式取精液樣本，置于無(wú)菌容器內(nèi)，容器放置于溫度為37℃的培養(yǎng)箱中保溫液化，樣本均在取精后1.5 h內(nèi)檢測(cè)。

1.3 精液常規(guī)分析

采用計(jì)算機(jī)輔助精液分析系統(tǒng)（computer aided sperm analysis，CASA）進(jìn)行分析，按照《WHO人類精液檢查與處理實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)》第5版標(biāo)準(zhǔn)[7]分析精子活動(dòng)率和各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，前向運(yùn)動(dòng)精子活動(dòng)率（PR）≥ 32%，同時(shí)精子總活動(dòng)率（PR+NP）≥ 40%為活動(dòng)率正常組，其他為弱精子癥組。

1.4 精子形態(tài)分析

精液液化后混勻取5 μL，使用拉薄技術(shù)制備精液涂片，自然干燥后采用改良巴氏染色法進(jìn)行涂片染色。按照《WHO人類精液檢查與處理實(shí)驗(yàn)室手冊(cè)》第5版標(biāo)準(zhǔn)[7]對(duì)精子進(jìn)行精子形態(tài)分析。所有精子涂片均由2名固定的經(jīng)過(guò)規(guī)范化培訓(xùn)合格的技術(shù)人員人工操作完成，并進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)控。

1.5 分析方案

根據(jù)精子的活動(dòng)率將全部樣本分為精子活動(dòng)率正常組和弱精子癥組。首先分析兩組頭部畸形率、頸部和中段畸形率、主段畸形率和正常精子形態(tài)的差異，其次兩組鞭毛各項(xiàng)常見(jiàn)畸形與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系。根據(jù)精子鞭毛畸形發(fā)生率分為5組，畸形發(fā)生率分別0.5%～< 5%、5%～< 10%、10%～< 15%、15%～< 20%、≥ 20%，統(tǒng)計(jì)各種常見(jiàn)畸形發(fā)生率從低到高對(duì)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn)，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多組間比較采用單因素方差分析，以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 活動(dòng)率正常組和弱精子癥組的畸形率比較

精子活動(dòng)率正常組10 457例，弱精子癥組4941例。與弱精子癥組頸部中段畸形率正常組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05），但頭部畸形率和主段畸形率明顯增高，正常形態(tài)精子明顯減少，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P < 0.01）。見(jiàn)表1。

2.2 活動(dòng)率正常組和弱精子癥組的鞭毛畸形率比較

精子鞭毛畸形常見(jiàn)類型有成角彎曲、短尾、斷裂、多尾、發(fā)夾樣彎曲、非對(duì)稱插入、卷曲、異常粗和其他異常形態(tài)。見(jiàn)圖1（封三）。比較活動(dòng)率正常組和弱精子癥組鞭毛畸形百分率，發(fā)現(xiàn)多數(shù)鞭毛畸形對(duì)精子活動(dòng)率影響均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），弱精子癥組主段成角彎曲、中段成角彎曲、短尾、發(fā)夾樣彎曲、非對(duì)稱性插入、卷曲畸形率與和正常組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），而兩組斷裂、多尾和異常粗畸形率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。見(jiàn)表2。弱精子癥組中的畸形主要是頸部和中段成角彎曲[（9.41±3.62）%]、卷曲[（8.83±4.09）%]以及主段成角彎曲[（8.24±2.93）%]。

2.3 中段成角彎曲，卷曲和主段成角彎曲對(duì)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響分析

精子中段成角彎曲畸形發(fā)生率主要集中在15%～< 20%，共9009例；其次是10%～< 15%，共4293例，而畸形率≥ 20%者1437例，畸形率較低的0.5%～< 5%及5%～< 10%組分布較少。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，隨著畸形率升高各運(yùn)動(dòng)參數(shù)逐漸降低，各組精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。見(jiàn)表3。

精子鞭毛卷曲主要集中在畸形率5%～< 10%，共7087例，其次是10%～<15%，共4500例；而畸形率0.5%～< 5%者共3373例，畸形率較高的兩個(gè)區(qū)域患者分布較少。根據(jù)卷曲率發(fā)生率分組，隨著卷曲畸形率的升高各運(yùn)動(dòng)參數(shù)逐漸下降，卷曲對(duì)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。見(jiàn)表4。

精子鞭毛主段成角彎曲畸形率的分布情況與卷曲相似，主要集中在主段成角彎曲畸形率5%～< 10%，共10 372例，其次是10%～< 15%，共3010例，而畸形率0.5%～< 5%者1794例，畸形率較高的兩個(gè)區(qū)域患者分布比較少，根據(jù)成角彎曲率分組，主段成角彎曲對(duì)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01）。見(jiàn)表5。

3 討論

精子形態(tài)是判斷精子質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，弱精子癥患者往往伴隨精子頭部和鞭毛的畸形增加，尤其是鞭毛。本研究根據(jù)WHO第5版的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[7]，對(duì)精子形態(tài)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示，弱精子癥組與活力率正常組比較，鞭毛各種畸形的發(fā)生率均增加，精子形態(tài)異常對(duì)精子運(yùn)動(dòng)有影響，其中主段成角彎曲、中段成角彎曲、短尾、發(fā)夾樣彎曲、非對(duì)稱性插入和卷曲差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），而斷裂、多尾和異常粗差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。研究發(fā)現(xiàn)，鞭毛畸形發(fā)生率最高的前三位分別是頸部和中段成角彎曲、卷曲和主段成角彎曲，將發(fā)生率最高的前三項(xiàng)根據(jù)畸形率發(fā)生率分為5組，隨著畸形率的升高運(yùn)動(dòng)參數(shù)下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.01），尤其是頸部和中段成角彎曲的患者集中分布在畸形率比較高的區(qū)域。由此可見(jiàn)，精子頸部和中段成角彎曲不僅在尾部各畸形類型中發(fā)生率最高且集中在畸形率較高的區(qū)域。

精子鞭毛分為頸部、中段、主段、和末段[8-9]。頸部最短，呈圓柱狀，頸部的中性粒是軸絲形成的組織中心，精子鞭毛的微管由此伸展。精子鞭毛的軸絲是由9對(duì)外周雙聯(lián)微管和2根中央微管組成的“9+2”結(jié)構(gòu)，軸絲決定了精子鞭毛的剛度。軸絲之外存在著外周致密纖維，每對(duì)雙聯(lián)微管之外的外周致密纖維長(zhǎng)度不等，外周致密纖維是維持精子鞭毛結(jié)構(gòu)的骨架蛋白。在精子中段還包裹著線粒體鞘，為精子活動(dòng)提供能量。精子主段是鞭毛最長(zhǎng)的一部分，外周包繞纖維鞘，由背部縱柱、腹部縱柱和連接它們的環(huán)形肋柱組成，纖維鞘的主要功能是調(diào)整精子鞭毛擺動(dòng)的平面，3-磷酸甘油醛脫氫酶（glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase，GAPDs）定位在精子鞭毛中段的纖維鞘[10-11]，由GAPDs介導(dǎo)的酵解過(guò)程是精子的主要能量來(lái)源。纖維鞘的直徑由近中段端向遠(yuǎn)端逐漸變小，其厚度逐漸變薄，在鞭毛的最后幾微米終止延伸，與相應(yīng)外周微管相連，鞭毛的遠(yuǎn)端部分不存在外周致密纖維，這部分是精子的尾段。從精子鞭毛結(jié)構(gòu)不難看出，中段和主段對(duì)精子的活動(dòng)性至關(guān)重要。

臨床檢驗(yàn)中，單份樣本通常出現(xiàn)多種畸形，說(shuō)明精子形態(tài)異常發(fā)生機(jī)制的復(fù)雜性。精子特殊的組織結(jié)構(gòu)是由精子發(fā)生過(guò)程中復(fù)雜的形態(tài)變化所形成的[12]。與其他體細(xì)胞相比，精子的生成過(guò)程有5個(gè)特異的形態(tài)變化過(guò)程。精子形成的這些特殊復(fù)雜的過(guò)程中的任何一個(gè)過(guò)程的改變都可能造成精子的形態(tài)異常。精子的鞭毛是精子重要的運(yùn)動(dòng)器官，GAPDs定位在精子鞭毛中段的纖維鞘[10-11]，由GAPDs介導(dǎo)的酵解過(guò)程是精子的主要能量來(lái)源，基因敲除GAPDs后精子中的ATP水平明顯降低，精子活力顯著降低[13]。GAPDs驅(qū)動(dòng)著精子鞭毛波浪式螺旋運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生巨大推力，推動(dòng)精子運(yùn)動(dòng)，由此引起精子鞭毛缺陷并導(dǎo)致精子運(yùn)動(dòng)能力低下，進(jìn)而影響了能量的產(chǎn)生或者傳遞，這與本研究結(jié)果是一致的。本研究發(fā)現(xiàn)，精子尾部形態(tài)異常對(duì)精子活力影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究中，精子頸部和中段成角彎曲，卷曲和主段成角彎曲是最常見(jiàn)的導(dǎo)致弱精子癥的鞭毛畸形。研究發(fā)現(xiàn)[14]，磷脂酸磷脂酶A1（phosphatidic acid-preferring phospholipase A1，PA-PLA1）參與到線粒體的動(dòng)力學(xué)調(diào)節(jié)中，基因敲除PA-PLA1模型中可觀察到精子中段和主段之間成角彎曲，甚至發(fā)夾樣彎曲，90%以上的精子運(yùn)動(dòng)受損，PA-PLA1可能是精子彎曲的可能機(jī)制之一。綜上所述，推測(cè)精子鞭毛成角彎曲和卷曲發(fā)生的原因可能是精子尾部鞭毛線粒體鞘、纖維鞘、或者中央軸絲的結(jié)構(gòu)異常，如排列紊亂，長(zhǎng)度變化甚至缺失等，這些改變可能是由遺傳或者外部因素所引起的。

對(duì)弱精子癥患者有必要觀察其精子鞭毛形態(tài)。精子鞭毛對(duì)生育力有重要影響。我院生殖與遺傳中心前期對(duì)精子鞭毛多發(fā)形態(tài)異常進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)與鞭毛編碼相關(guān)的基因纖毛鞭毛相關(guān)蛋白43（cilia and flagella associated protein 43，CFAP43）和纖毛鞭毛相關(guān)蛋白44（cilia and flagella associated protein 44，CFAP44），并且發(fā)現(xiàn)CFAP 43和CFAP 44基因突變可導(dǎo)致精子鞭毛畸形和損害精子運(yùn)動(dòng)，闡明了導(dǎo)致精子鞭毛特異畸形的其中一種遺傳學(xué)機(jī)制[15]，對(duì)于臨床明確病因、正確診斷與治療有重要的意義。形態(tài)檢查可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致嚴(yán)重弱精子癥的特殊病因，比如遺傳缺陷導(dǎo)致的精子鞭毛多發(fā)形態(tài)異常，這類患者絕大部分精子出現(xiàn)一致的形態(tài)缺陷[16]。除此之外，弱精子癥患者往往出現(xiàn)一些非特異性精子鞭毛畸形，多是繼發(fā)于精索靜脈曲張、感染、肥胖、環(huán)境因素、高溫輻射等因素[17-18]。本研究中所涉及的精子鞭毛畸形屬于后者，精索靜脈曲張對(duì)精子形態(tài)有顯著影響，其中梨形頭精子、大頭精子、頸部/中段缺陷精子和鞭毛缺陷精子的百分率比正常生育組顯著增高[19-20]。精液中白細(xì)胞升高會(huì)導(dǎo)致精子異常率的增加，精液白細(xì)胞正常組和精子頸部/中部缺陷、鞭毛異常呈負(fù)相關(guān)[21]。男性生殖病原體感染對(duì)精子形態(tài)亦有顯著影響，病原體感染能夠顯著降低正常形態(tài)精子比率，中段畸形率和主段畸形率顯著增高[22]。肥胖患者可能是由于肥胖患者的內(nèi)分泌激素水平變化導(dǎo)致精子畸形率明顯增高[23]。環(huán)境中廣泛存在的低劑量重金屬和殺蟲(chóng)劑可能影響精子質(zhì)量，降低男性生育力。低劑量接觸鎘和二嗪磷會(huì)引起精子形態(tài)和動(dòng)力的顯著變化，精子形態(tài)異常的類型主要是旋轉(zhuǎn)扭曲的鞭毛和胞漿殘余體增多[24-25]。高溫和輻射對(duì)精子形態(tài)的影響亦不可忽視，長(zhǎng)期接觸輻射的人群精液中雙頭精子、頸部和中段缺陷精子、無(wú)定形頭精子和大頭精子及總畸形率顯著增高[26]。一些特殊職業(yè)由于需要長(zhǎng)期暴露于高溫環(huán)境中，引起睪丸內(nèi)生精環(huán)境的變化，生精功能受損，進(jìn)而使精子形態(tài)發(fā)生變化，畸形率增高[27]。

綜上所述，遺傳、生活習(xí)慣或者環(huán)境因素均可能引起精子形態(tài)的改變，精子形態(tài)的改變對(duì)精子的運(yùn)動(dòng)有影響，鞭毛畸形對(duì)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)有明顯影響。根據(jù)精子畸形率的特點(diǎn)可以明確一些弱精子癥的病因或可能的致病因素，為臨床診斷提供指導(dǎo)。

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（收稿日期：2018-05-03 本文編輯：任 念）