補充肌醇對不育男性精子質(zhì)量的影響

張國忠，鄭杰，胡艷梅，伍學一，謝萍，楊宗富

據(jù)估計，約7%的不育男性是由于精索靜脈曲張、隱睪和性腺功能減退等生殖系統(tǒng)疾病導致的，其中25%～30%的患者為特發(fā)性不育癥。當男性的精液參數(shù)低于世界衛(wèi)生組織（WHO）出版的第五版《人類精液檢查與處理實驗室手冊》推薦參考值時被認為患有男性因素不育癥，典型的參數(shù)變化是精子濃度降低（少精子癥）、精子活力變差（弱精子癥）和精子形態(tài)異常（畸形精子癥）。而約25%～87%的男性不育是由于氧化應(yīng)激引起精子損傷造成的[1]。氧化應(yīng)激是精子脂質(zhì)過氧化（lipid peroxidation，LPO）、DNA損傷和細胞凋亡的潛在危險因素，可影響男性的精液質(zhì)量和生育能力[2]?？寡趸瘎┋煼ㄊ悄壳爸委熒佟⑷蹙影Y應(yīng)用較為廣泛的方法，肌醇（inositol）則是典型的抗氧化劑?，F(xiàn)對肌醇作為抗氧化劑治療不育男性的作用機制、體內(nèi)和體外研究進展進行綜述。

1 活性氧簇（reactive oxygen species, ROS）水平變化對精子質(zhì)量的影響

在雄性生殖細胞發(fā)育的早期階段，精子細胞就能夠產(chǎn)生少量的ROS，是精液中ROS的主要來源于之一。主要有兩種產(chǎn)生途徑：第一種是通過細胞膜上的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NADPH）與底物反應(yīng)產(chǎn)生，第二種是線粒體從呼吸鏈泄漏電子產(chǎn)生。在正常生理條件下，ROS參與精子染色質(zhì)凝聚，通過誘導精原細胞凋亡或增殖來調(diào)節(jié)生殖細胞的數(shù)量。在成熟精子中，ROS在獲能、頂體反應(yīng)、線粒體鞘穩(wěn)定性和精子運動中起重要作用。ROS還可以作為信號分子（細胞信號的第二信使）發(fā)揮作用。而白細胞是精液中ROS的第二個主要來源，在生理條件下，白細胞產(chǎn)生的活性氧是精子的1 000倍。白細胞產(chǎn)生的高水平的ROS在細胞防御感染和炎癥機制中起著重要作用。但是當ROS的產(chǎn)生超過人體的抗氧化能力時，就會發(fā)生氧化應(yīng)激，對精子產(chǎn)生不利影響，嚴重時導致男性不育[3]。研究發(fā)現(xiàn)，有生育能力的男性的精子具有高線粒體膜電位（mitochondrial membrane potential，MMP），不育男性的精子具有較低的MMP和產(chǎn)生高水平的ROS[4]。蛋白質(zhì)組學研究發(fā)現(xiàn)，當弱精子癥患者的應(yīng)激反應(yīng)蛋白熱休克蛋白A9（HSPA9）和抗氧化蛋白GSTMu3的表達水平下調(diào)時會導致氧化應(yīng)激產(chǎn)物積聚，從而影響精子活力[5]。精液中的氧化平衡是影響精子質(zhì)量的重要因素，研究發(fā)現(xiàn)特發(fā)性不育男性的精漿中一氧化氮（nitric oxide，NO）、8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxydesoxyguanosine，8-OHdG）水平高于正常生育男性，而總抗氧化力（total antioxidant capacity，TAC）水平低于正常生育男性，且NO和8-OHdG水平升高與精液體積、精子總數(shù)和形態(tài)呈負相關(guān)，而TAC與精子數(shù)量和形態(tài)呈正相關(guān)[6]。氧化平衡被破壞后，發(fā)生氧化應(yīng)激，通過誘導精子DNA損傷，降低精子受精潛能，從而對精子功能產(chǎn)生負面影響。此外，與有生育能力的男性相比，不育男性的精漿抗氧化能力較低，當ROS水平較高時會導致LPO增加[7]。

2 氧化應(yīng)激對不育男性精子的影響

目前全球有10%～15%的夫婦無法正常生育，其中男性因素不育占一半以上，而氧化應(yīng)激是引起男性不育的主要因素之一[8]。盡管在精子成熟、獲能、超活化、頂體反應(yīng)和精卵融合過程中均需要ROS，但ROS含量過高會損傷精子DNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，引起精子細胞凋亡，精子質(zhì)量變差，從而導致男性不育[9]。線粒體是精子運動的關(guān)鍵細胞器[4]，是精子質(zhì)量好壞及是否具備生育能力的生物學標志物，對精子的活力、獲能、頂體反應(yīng)和受精方面均具有重要意義[10]。精子的線粒體功能障礙與精漿氧化應(yīng)激的發(fā)病機制有關(guān)，精漿氧化應(yīng)激是導致許多“明顯”特發(fā)性男性不育的關(guān)鍵因素[11]，產(chǎn)生過多的精子線粒體ROS會導致精子功能缺陷，例如弱精子癥患者的精子運動能力低下[12]。在男性生殖系統(tǒng)中，有許多因子可以誘導精子線粒體產(chǎn)生ROS，引起一系列的氧化應(yīng)激反應(yīng)，持續(xù)對精子造成氧化損傷，從而影響精子的活力、精卵識別能力、頂體反應(yīng)和精卵結(jié)合能力等方面的功能[13]。還可以通過誘導精子DNA損傷，降低精子的某些功能和受精潛能，影響胚胎的發(fā)育能力和子代健康[6]。抗氧化劑療法被廣泛用于改善弱精子癥患者的精子活力[14]。一方面，抗氧化劑不僅能夠減少機體內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生，減緩或防止氧化損傷，還能修復精子的損傷[15]。另一方面，抗氧化劑能夠抑制精子中的脂氧合酶活性，保護精子免受暴露于外源性過氧化氫產(chǎn)生的氧化應(yīng)激[16]。研究認為口服抗氧化劑可以通過減少氧化損傷來改善精子質(zhì)量，提高不育男性接受輔助生殖助孕時的臨床妊娠率和活產(chǎn)率[17]。

3 肌醇改善精子質(zhì)量的作用機制

肌醇是磷脂（phosphatidylinositol，PI）和磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol phosphates，PIPs）生物合成的前體，其還參與水溶性肌醇磷酸酯（inositol phosphates，IPs）的合成。PI與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的磷脂多糖結(jié)合形成糖基磷脂酰肌醇（glycosylphosphatidylinosito，GPI）錨定物，將許多蛋白質(zhì)與質(zhì)膜結(jié)合，形成肌醇磷脂多糖（inositol phosphoglycans，IPG）、肌醇醚酯等其他衍生物[18]。肌醇及其衍生物參與了與細胞膜上的蛋白質(zhì)結(jié)合、細胞信號傳導和體液運輸、刺激細胞膜的興奮性、調(diào)節(jié)離子通道開放、細胞內(nèi)鈣離子信號傳導、細胞骨架形成和染色質(zhì)重組、基因組和表觀遺傳調(diào)控等生物學過程[19-20]。在男性生殖系統(tǒng)中，肌醇主要由卵泡刺激素（follicle stimulating hormone，F(xiàn)SH）調(diào)節(jié)的支持細胞產(chǎn)生[21]。已有研究證明肌醇及其衍生物參與男性射精后精子的運動、精子誘導、精子獲能、頂體反應(yīng)及與卵母細胞膜相互識別等的一系列復雜受精過程。目前調(diào)節(jié)精子前向運動的信號通路尚未完全闡明，但有研究報道認為磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B（PI3K-AKT）信號通路參與精子前向運動的調(diào)節(jié)[22]，且將PIP2轉(zhuǎn)化為PIP3的信號通路是其中參與者之一[23]。精子誘導是一種趨熱機制，通過這種機制，溫度刺激激活其調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導途徑，使PIP2水解為IP3和二酰甘油（DAG），接著IP3與細胞內(nèi)的Ca2+受體結(jié)合，釋放Ca2+，從而改變精子的運動方向[24]。精子“脂筏”中的GPI錨定蛋白的釋放被認為是精子受精能力發(fā)育的關(guān)鍵步驟，而肌醇及其衍生物在精子獲能時信號分子復合體“脂筏”重新分布轉(zhuǎn)導信號通路，以及肌動蛋白參與的細胞骨架重組等變化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[25]。此外，PIP2合成減少可抑制肌動蛋白聚合和精子運動，而PIP2合成增加則可增強兩者的活性；在精子獲能過程中，絲狀肌動蛋白和PIP2結(jié)合物的增加可導致肌動耦聯(lián)膠溶蛋白失活[26]。1，4，5-三磷酸（肌醇）可調(diào)節(jié)鈣離子通道的開放，使細胞外鈣離子內(nèi)流，引起精子頂體反應(yīng)[27]。Fu等[28]研究結(jié)果表明肌醇六磷酸激酶1（inositol hexakisphosphate kinase-1，IP6K1）的缺失會引起圓形生殖細胞脫落、精原細胞發(fā)育停滯和畸形增多、頂體變性、生殖細胞-支持細胞相互作用缺陷和精子發(fā)育失敗等一系列變化，導致精子細胞被支持細胞吞噬，最終附睪中沒有生成精子。

4 體內(nèi)補充肌醇對不育男性精子質(zhì)量的影響

弱精子癥是指男性的精子活力差，是導致男性不育的主要因素之一。精子的活力可以通過減少高溫環(huán)境暴露、改善不健康的生活習慣（包括缺乏運動、過度疲勞），以及降低內(nèi)分泌和心血管有關(guān)疾病的發(fā)生風險等干預措施來改善，主要原理為減少氧化應(yīng)激對精子的損傷。另外，研究表明男性可通過減少吸煙和飲酒來改善精子活力[29]，內(nèi)科醫(yī)生則認為肥胖男性通過減肥和定期鍛煉有助于改善性功能，提高精液標本的精子活力。此外，增加性交頻次和射精次數(shù)也可以改善精子的活力[30]。同樣通過外科手術(shù)（如精索靜脈曲張）、使用皮質(zhì)類固醇治療生殖道慢性炎癥后減少抗精子抗體，以及使用抗生素治療生殖道感染等方法都可以用于改善因氧化應(yīng)激導致的精液質(zhì)量。盡管治療弱精子癥的理想療法尚未確立，但學者們一直在尋找合適的抗氧化劑療法[31]。越來越多的研究結(jié)果支持肌醇在人類生殖中的作用，且人類每天補充肌醇的劑量不超過4 g是安全的，最佳給藥方法是每天2次，每次2 g[32]。

研究發(fā)現(xiàn)使用肌醇、α-硫辛酸、葉酸、甜菜堿和維生素等聯(lián)合治療不育男性90 d后，患者的精液質(zhì)量得到改善，精子濃度、精子總數(shù)、精子活率、活動精子總數(shù)和正常形態(tài)率均顯著提高[1]。采用肌醇聯(lián)合礦物質(zhì)和維生素治療弱精子癥患者，結(jié)果有85.32%的患者的精子活力有明顯改善，34.86%的患者恢復了正常的精子活力，但有12.84%的患者無任何益處，表明補充肌醇可以顯著改善精子活力，從而增加自然受孕的可能性[33]。在體外受精（in vitro fertilization，IVF）周期中使用肌醇聯(lián)合葉酸治療弱精子癥患者，可顯著改善弱精子癥患者的精液質(zhì)量[34]。當然，單獨使用肌醇治療不育男性也能達到相同的效果。Calogero等[35]研究發(fā)現(xiàn)補充肌醇可以降低特發(fā)性不育癥患者的FSH和黃體生成激素（luteinizing hormone，LH）水平，升高抑制素B水平，同時，精子濃度、精子計數(shù)和活率顯著改善。同樣地，使用肌醇治療代謝綜合征的弱精子癥患者發(fā)現(xiàn)，補充肌醇后患者的體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）、腰圍（waist circumference，WC）和三酰甘油（TG）水平?jīng)]有顯著變化，但穩(wěn)態(tài)模型評估的胰島素抵抗指數(shù)（homeostatic model assessment for insulin resistance，HOMA）指數(shù)有所下降，并伴隨著雌二醇（estradiol，E2）和性激素結(jié)合球蛋白（sex hormonebinding globulin，SHBG）水平的下降，而精子濃度、活率和形態(tài)均顯著增加及改善[36]。Capece等[37]研究中使用肌醇治療少弱畸精癥患者，表明補充肌醇顯著增加了精子濃度和活率，降低精子DNA碎片率，但精子活力、總活動率、正常形態(tài)率以及LH、FSH和睪酮水平?jīng)]有變化。

5 體外精子制備過程中添加肌醇對不育男性精子質(zhì)量的影響

體外精液制備技術(shù)中補充肌醇，能顯著降低ROS水平，是治療男性不育的有效策略。少弱畸精癥患者的精子被無定形纖維化所覆蓋，研究表明，使用肌醇與精子共孵育可減少無定形纖維化的出現(xiàn)[38]，調(diào)節(jié)精液的滲透特性，降低精液標本的黏稠度。同樣地，Scarselli等[39]分別將精索靜脈曲張患者的正常黏稠度弱精子癥患者精液標本和沒有任何睪丸病變的高黏稠度弱精子癥患者精液標本與肌醇在37 ℃孵育15 min，發(fā)現(xiàn)與肌醇孵育提高了高黏稠度弱精子癥患者精液標本精子活率，而精索靜脈曲張患者的精液標本的精子活率無明顯改善。Condorelli等[40]將20份正常精液標本和20份少弱畸精子癥患者的精液標本分別與2 mg/mL的肌醇體外孵育2 h，發(fā)現(xiàn)精子參數(shù)正常和異?；颊叩木踊盍突厥盏木訑?shù)量均顯著增加，MMP高的精子數(shù)比例增加。生育力正常男性的精液標本中具有更多的高MMP的精子，MMP與精子的運動能力有關(guān)，而線粒體功能障礙可能是發(fā)生特發(fā)性弱精子癥的根本原因[4]。一項前瞻性雙中心隨機試驗結(jié)果表明在精液制備過程中添加肌醇可以提高胞漿內(nèi)單精子注射（Intracytoplasmic sperm injection，ICSI）周期的受精率和第3天胚胎的質(zhì)量[41]。Artini等[42]同樣使用肌醇對精液正常男性和少弱畸精癥患者的精液標本進行體外孵育，結(jié)果表明肌醇可改善IVF周期的男性患者精子的前向運動能力。最近的一項關(guān)于37例接受宮腔內(nèi)人工授精（intrauterine insemination，IUI）治療的少弱精子癥患者的研究，將少弱精子癥患者隨機分為2組，病例組給予0.5 mL（濃度為2 mg/mL）肌醇37 ℃孵箱孵育2 h，對照組不干預，結(jié)果表明肌醇處理顯著提高了少弱精子癥患者的精子活力[43]。

一項系統(tǒng)性回顧和薈萃分析結(jié)果表明，在精子冷凍-解凍過程中添加抗氧化劑同樣可以提高精子的活動率和存活率，減少精子DNA斷裂（sperm DNA fragmentation，SDF）和過氧化氫（H2O2）的產(chǎn)生，但解凍后精子的總活力沒有明顯改善[44]。在精液冷凍-解凍過程中，冷凍保存介質(zhì)與左旋肉堿（l-carnitine，LC）聯(lián)合使用可以顯著改善弱精子癥和正常精子標本解凍后的快速前向運動精子數(shù)、前向運動精子數(shù)、總活力和存活率[45]。在不育男性精液冷凍保存過程中補充肌醇，精液解凍后精子質(zhì)量同樣得到顯著改善，對輔助生殖技術(shù)中的冷凍精子保存有重要的作用[46]。Mohammadi等[47]研究結(jié)果表明添加肌醇不僅可以改善冷凍-解凍精液的精子參數(shù)，還可以保護精子免受DNA損傷和細胞凋亡的影響。Abdolsamadi等[48]在少弱畸精子癥患者精液冷凍-解凍過程中添加肌醇，發(fā)現(xiàn)能夠改善精子的總活率和前向運動精子活力，降低精子DNA碎片率，但對ROS水平無顯著影響。

6 結(jié)語

體內(nèi)和體外研究結(jié)果表明補充肌醇可以降低氧化應(yīng)激對不育男性的精子質(zhì)量和生育能力的影響，改善不育男性的精液參數(shù)，降低精子DNA碎片率。但是目前檢索到的關(guān)于肌醇在不育男性中的補充均為單中心、小樣本的研究報道。且研究設(shè)計大部分為只是體內(nèi)補充的研究，或只是體外補充的研究。目前，只有Korosi等[49]研究報道在IVF-ICSI助孕周期中結(jié)合體內(nèi)和體外同時補充肌醇對精子質(zhì)量的影響。在今后的研究中需進一步研究肌醇在精子生理學中的作用和潛在的分子機制。研究人群應(yīng)有非常嚴格的納入和排除標準，應(yīng)進一步分析不育男性患者的年齡、BMI、生活習慣、相關(guān)疾病和脂肪分布等因素對研究結(jié)果的干擾。