畸形精子與精子DNA損傷對生育影響的研究進展

張杰　胡紅林

[關(guān)鍵詞] 精子形態(tài);精子DNA;畸形精子;輔助生殖技術(shù)

[中圖分類號] R698.2? ? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2021）19-0187-06

Research progress on the effects of abnormal sperm and sperm DNA damage on fertility

ZHANG Jie1? ?HU Honglin2

1.Department of Assisted Reproduction，Jiujiang Maternal and Child Health Hospital in Jiangxi Province，Jiujiang? ?332000，China;2.Department of Urology，the Second Affiliated Hospital of Nanchang University，Nanchang? ?330000，China

[Abstract] Sperm is an indispensable male gamete in the reproductive process.Its normal morphology and nuclear chromatin determine the reproductive ability and the safety of offspring.Therefore，abnormal sperm and sperm deoxyribonucleic acid （DNA） damage is an important cause of infertility.Sperm morphology has always been an important indicator that affects male fertility and reproductive outcomes.Strict sperm morphology has significant predictive value in natural conception and assisted reproductive technology （ART） treatments.However，the isolated use of sperm morphology to predict reproductive outcome has its limitations.In recent years，with the deepening of sperm research， the role of sperm DNA in reproduction has attracted more and more attention，especially in embryonic development and pregnancy outcome.It has a better predictive effect than sperm morphology.This article mainly reviews the mechanisms of abnormal sperm and DNA damage and their effects on reproduction.

[Key words] Sperm morphology; Sperm DNA; Abnormal sperm; Assisted reproductive technology

近年來，隨著工作與生活節(jié)奏的加快、環(huán)境污染等問題加劇，不孕不育的發(fā)生率正在逐年上升。據(jù)統(tǒng)計，大約有15%～20%的夫婦存在著不孕不育，其中男性因素高達40%～50%[1-2]。造成男性不育的主要原因是精子質(zhì)量的下降，據(jù)統(tǒng)計過去幾十年，男性的精子質(zhì)量呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢[3-5]。在不育不孕高發(fā)的背景下，一些夫婦無法獲得自然妊娠而選擇輔助生殖技術(shù)（Assisted reproductive technology，ART）助孕治療。精子質(zhì)量不僅在自然生育中扮演了不可替代的角色，在ART治療中也起著非常關(guān)鍵的作用。早在17世紀(jì)，Anton van Leeuwenhoek第一次利用顯微鏡在人類和動物精液中發(fā)現(xiàn)了精子，人類從此開啟了認識和研究精子的大門。1916年，Cary第一次提出精子形態(tài)可能對男性生育能力造成影響。而到1980年，WHO首次對精液體積、pH、液化時間、精子數(shù)量、活動力、形態(tài)等參數(shù)制定了統(tǒng)一的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)閾值。近年來，隨著人們對精子功能和機制的不斷認識，精子質(zhì)量評估已經(jīng)向細胞、分子階段發(fā)展，其中精子DNA完整性檢測對生殖的影響受到了高度重視。本文主要就精子形態(tài)和精子DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生異常的機制及它們對生殖的影響作一綜述。

1 畸形精子產(chǎn)生的機制

正常精子形似蝌蚪，長約60 μm，分為頭部和尾部。頭部長4～4.5 μm，寬2.5～3.5 μm，外觀呈橢圓形，光滑、對稱，由高度濃縮的細胞核和頂體組成，前者為遺傳物質(zhì)的攜帶者，后者是特殊的溶酶體。精子尾部是頭部的7～15倍，分為頸段、中段、主段和末段，由尾部中央的軸絲和中段周圍的線粒體鞘組成，前者是精子運動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，后者是精子運動的供能裝置?；尉痈鶕?jù)部位不同分為頭部缺陷、頸部和中段缺陷以及尾部缺陷，如大頭、圓頭、多尾、卷尾、胞質(zhì)殘留等形態(tài)異常。精子的發(fā)生是一個及其復(fù)雜的細胞分化過程，精原干細胞通過有絲分裂形成了大量的生精細胞，精母細胞進行減數(shù)分裂形成單倍體細胞，最終通過獨特的形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)樾螒B(tài)特異的精子。而畸形精子產(chǎn)生的機制復(fù)雜多樣。在睪丸曲細精管中，精母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂及形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)為形態(tài)、功能完備的精子，然而受體內(nèi)外因素的影響，減數(shù)分裂過程紊亂，染色體的分離異常可能導(dǎo)致精子形態(tài)異常[6]。核染色質(zhì)濃縮與核蛋白轉(zhuǎn)換異常也與畸形精子相關(guān)，核染色質(zhì)的濃縮與穩(wěn)定依賴于精核蛋白的正常轉(zhuǎn)換，組蛋白-魚精蛋白轉(zhuǎn)換異常會出現(xiàn)細胞核過大，核內(nèi)空泡數(shù)增多，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，導(dǎo)致精子頭部形態(tài)異常[7]。研究表明腫瘤患者在暴露于烷化劑和全身放射治療時，精子細胞的減數(shù)分裂受到抑制，組蛋白-魚精蛋白的轉(zhuǎn)換程序受到干擾，從而誘發(fā)嚴重的生殖細胞損害，使精子生成逐漸減少，畸形精子比例升高[8]。精子形態(tài)逐漸的過程中，高爾基復(fù)合體囊泡融合成一個大的頂體囊泡，覆蓋于精子細胞核前形成頂體，中心粒遷移到細胞的尾部，遠端中心粒分化形成鞭毛中軸，線粒體集中在鞭毛外周形成線粒體鞘，如果精子的軸絲缺少中部的線粒體合成或尾部的裝配異常都會導(dǎo)致尾部形態(tài)異常和僵直。精子形成后也可能受到周圍環(huán)境的氧化損傷，一些病原體可吸附在精子膜表面，分泌蓄積的毒性產(chǎn)物可以破壞精子的結(jié)構(gòu)與功能，同時激發(fā)免疫反應(yīng)與氧化應(yīng)激，使精子形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能受到損傷[9]?；尉幼鳛槟行圆挥闹匾∫蛑唬浒l(fā)病機制復(fù)雜，涉及的影響因素也非常廣泛，與感染、損傷、理化因素、內(nèi)分泌紊亂等多種因素相關(guān)，通過尋找病因及影響因素給予干預(yù)治療往往能獲得比較好的療效。但有些畸形精子癥患者病因不明，治療效果較差，也許是忽視了遺傳學(xué)因素的作用，畸形精子癥可能還與某些特定基因的異常相關(guān)，而相關(guān)基因表達對精子的形態(tài)建成起著不可忽視的作用，尋找這些基因也變得尤為重要。