男性新型冠狀病毒肺炎患者生殖系統(tǒng)損傷機(jī)制研究進(jìn)展

王萬(wàn)倫，肖 瑞

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 內(nèi)蒙古自治區(qū)分子病理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010059

目前已知病毒對(duì)睪丸的損傷包括直接損害睪丸組織、破壞間質(zhì)細(xì)胞和減少睪丸激素的產(chǎn)生。研究發(fā)現(xiàn)，人類免疫缺陷病毒、腮腺炎病毒和寨卡病毒可導(dǎo)致人類睪丸激素分泌減少，而睪酮/黃體生成素(luteinizing hormone，LH)比值降低可提示間質(zhì)細(xì)胞受損，是原發(fā)性性腺功能減退的重要標(biāo)志[1]。目前研究顯示，新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019，COVID-19)患者的LH水平升高，睪酮水平降低，提示COVID-19患者性腺功能減退可能是生殖系統(tǒng)損傷所累。嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2)的主要傳播方式是通過(guò)呼吸道飛沫，已在部分COVID-19患者的糞便、尿液和精液等其他體液中也發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2的存在[2-3]，但人們對(duì)于SARS-CoV-2是否會(huì)通過(guò)精液傳播一直存在爭(zhēng)議。本文總結(jié)了SARS-CoV-2介導(dǎo)男性COVID-19患者生殖系統(tǒng)損傷的研究進(jìn)展，指出了目前研究存在的問(wèn)題，以期為闡明SARS-CoV-2損傷生殖系統(tǒng)的機(jī)制研究擴(kuò)寬思路。

COVID-19主要致病分子機(jī)制

COVID-19的主要致病機(jī)制為SARS-CoV-2利用自身包膜上的刺突(spike，S)蛋白與血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(angiotensin-converting enzyme，ACE)2結(jié)合，介導(dǎo)SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞并造成損傷。由于導(dǎo)致COVID-19發(fā)病和死亡的主要原因是急性病毒性肺炎演變?yōu)榧毙院粑狡染C合征[4]，因此對(duì)COVID-19的早期研究主要集中在易受病毒攻擊并導(dǎo)致出現(xiàn)相關(guān)急性病理的重要器官(肺、腎和心臟)上。但隨著研究深入，人們發(fā)現(xiàn)COVID-19患者還會(huì)出現(xiàn)其他器官不同程度的損傷，例如睪丸、結(jié)膜、角膜等。Guan等[5]研究顯示，男性COVID-19患者的數(shù)量多于女性，COVID-19感染更多的是男性(58.1%)和年輕人(55.1%的COVID-19病例出現(xiàn)在15～49歲人群中)。研究人員開(kāi)始觀察男性COVID-19患者生殖系統(tǒng)損傷情況，發(fā)現(xiàn)部分患者確實(shí)存在生殖系統(tǒng)受損的癥狀與體征，如Yang等[6]對(duì)12例COVID-19死亡患者的睪丸檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所有患者睪丸均有損傷表現(xiàn)，表現(xiàn)為支持細(xì)胞形態(tài)異常、數(shù)量減少，間質(zhì)水腫，但僅在其中1例檢測(cè)到SARS-CoV-2。Pan等[7]對(duì)34例COVID-19患者的臨床觀察發(fā)現(xiàn)，其中6例出現(xiàn)陰囊不適癥狀，于是進(jìn)一步對(duì)所有患者進(jìn)行精液檢測(cè)，但未檢測(cè)到SARS-CoV-2。

SARS-CoV-2屬于冠狀病毒科，與嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV)一樣均屬于β屬冠狀病毒屬[8-9]，沙伯病毒亞屬，是一種包膜陽(yáng)性正鏈RNA病毒，病毒包膜周圍有特殊的糖蛋白尖刺，在電子顯微鏡下呈冠狀[10]。從結(jié)構(gòu)上看，SARS-CoV由血凝素酯酶(僅在一些β冠狀病毒中發(fā)現(xiàn))、包膜和核衣殼組成。包膜上有S蛋白、膜蛋白和套膜蛋白等，其中，S蛋白是一種病毒跨膜蛋白，在成熟病毒上，S蛋白以三聚體形式存在，包含2個(gè)功能亞基，分別介導(dǎo)與宿主細(xì)胞受體的結(jié)合(S1亞基)和病毒膜與細(xì)胞膜的融合(S2亞基)，S1亞基呈球狀，S2亞基呈柄狀[11]。有研究表明，Ⅱ型跨膜絲氨酸蛋白酶(type Ⅱ transmembrane serine protease，TMPRSS2)是介導(dǎo)S蛋白與靶宿主細(xì)胞受體的引物，S蛋白的受體結(jié)合域與宿主細(xì)胞的受體結(jié)合后，引起自身構(gòu)象變化，裂解為S1和S2，S2含有融合肽段，介導(dǎo)宿主細(xì)胞膜與病毒包膜發(fā)生融合，導(dǎo)致病毒基因組RNA 通過(guò)細(xì)胞的內(nèi)吞作用進(jìn)入宿主細(xì)胞[12-13]。ACE2已被證實(shí)是S蛋白的主要受體，Zhou等[14]利用新一代測(cè)序技術(shù)(next-generation sequencing，NGS)檢測(cè)SARS-CoV-2和SARS-CoV基因組發(fā)現(xiàn)，兩者基因組的同源性達(dá)到79.4%，且兩者包膜上都有S蛋白；但后者的傳染性明顯不如前者，這是由于兩者S 蛋白與ACE2結(jié)合能力不同導(dǎo)致的[15]。也就是說(shuō)，ACE2介導(dǎo)了SARS-CoV-2入侵細(xì)胞，那么理論上來(lái)說(shuō)，ACE2表達(dá)水平高的細(xì)胞更容易感染SARS-CoV-2[16]。當(dāng)S蛋白與ACE2結(jié)合以后，ACE2通過(guò)兩種方式裂解：(1)金屬蛋白酶域17(desintegrin and metalloproteinase domain 17，ADAM17)介導(dǎo)的裂解，病毒進(jìn)入細(xì)胞以后引發(fā)ADAM17表達(dá)上調(diào)，ADAM17的蛋白酶活性導(dǎo)致ACE2外結(jié)構(gòu)域蛋白水解，釋放ACE2的可溶性形式sACE2到細(xì)胞外，這種活性形式對(duì)細(xì)胞有保護(hù)作用，避免了病毒循環(huán)[17-19]。(2)被TMPRSS2裂解，TMPRSS2介導(dǎo)的ACE2裂解不會(huì)釋放sACE2，研究人員推測(cè)可能是由于兩者對(duì)ACE2裂解位點(diǎn)不同導(dǎo)致的，顯然，TMPRSS2介導(dǎo)的ACE2裂解對(duì)宿主的危害更大[19]。

SARS-CoV- 2損傷生殖系統(tǒng)的機(jī)制

可能損害男性生殖細(xì)胞研究表明，人類肺臟、回腸、食管、腎臟和睪丸組織中均有 ACE2表達(dá)，且睪丸組織中精原細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞及支持細(xì)胞的ACE2受體均呈高表達(dá)[20-21]。已知血-睪屏障對(duì)病毒入侵幾乎沒(méi)有防御作用，因?yàn)橐阎泻芏嘀虏〔《?人類免疫缺陷病毒、肝炎病毒、腮腺炎病毒、乳頭瘤病毒)被證實(shí)能夠穿越血-睪屏障，在睪丸內(nèi)引發(fā)免疫反應(yīng)，破壞睪丸并導(dǎo)致宿主不育。由于在上述幾種病毒感染的男性患者中均發(fā)現(xiàn)有睪丸損傷和生殖細(xì)胞破壞的病例，因此理論上來(lái)說(shuō)SARS-CoV-2可以穿過(guò)血-睪屏障并損傷生殖系統(tǒng)[22]。Erbay等[23]對(duì)COVID-19患者精子造影標(biāo)本評(píng)估結(jié)果顯示，輕度癥狀組精子活動(dòng)力和活力明顯下降，中度癥狀組的所有精液參數(shù)均明顯下降。雖然COVID-19導(dǎo)致睪丸受損傷的機(jī)制仍不確定，但其對(duì)精子發(fā)生的短期結(jié)果表明，COVID-19對(duì)精子參數(shù)有負(fù)面影響。Holtmann等[24]和Dutta等[25]也認(rèn)為SARS-CoV-2感染可影響精子發(fā)生，并發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，中度感染對(duì)精子質(zhì)量有顯著損害，以上研究表明SARS-CoV-2可能會(huì)影響男性生殖。Achua等[26]對(duì)6例COVID-19男性患者尸體解剖后發(fā)現(xiàn)，其中1例睪丸組織中存在SARS-CoV-2，但僅從尸體解剖中發(fā)現(xiàn)睪丸組織中存在SARS-CoV-2并不意味著該病毒能通過(guò)精液傳播。Pan等[7]則研究發(fā)現(xiàn)，COVID-19男性患者精液樣本中核酸檢測(cè)結(jié)果為陰性，并由此認(rèn)為SARS-CoV-2不會(huì)通過(guò)精液途徑傳播。由于缺乏來(lái)自大規(guī)模隊(duì)列研究的數(shù)據(jù)支持，目前尚無(wú)法確定COVID-19男性患者精液中是否存在SARS-CoV-2以及是否造成性傳播。而且由于目前沒(méi)有針對(duì)COVID-19男性患者的長(zhǎng)期研究，因此尚不清楚SARS-CoV-2對(duì)男性生殖系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響。

可能導(dǎo)致原發(fā)性性腺功能減退自COVID-19大流行開(kāi)始以來(lái)，許多研究集中于評(píng)估SARS-CoV-2對(duì)生殖軸的影響和性傳播的可能性。Ma等[27]研究認(rèn)為，SARS-CoV-2感染可導(dǎo)致性激素分泌異常，造成生殖功能障礙。睪丸中同樣存在TMPRSS2酶[28]，并且TMPRSS2基因轉(zhuǎn)錄需要雄激素受體激活[16]。有證據(jù)表明，雄激素受體和ACE2基因位點(diǎn)均位于X染色體，因此X染色體連鎖遺傳多態(tài)性增加和雄激素作用可能解釋了男性對(duì)SARS-CoV-2的較高易感性[16]。鑒于睪酮能通過(guò)增加抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-10和減少促炎細(xì)胞因子IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α來(lái)抑制炎癥，性腺功能減退和隨后睪酮水平的降低可能在這種非限制性炎癥反應(yīng)的進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[29]。此外有研究發(fā)現(xiàn)，大腦細(xì)胞(神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞)也表達(dá)ACE2受體，并由此提出新的問(wèn)題：COVID-19患者的病毒損傷是否也會(huì)破壞下丘腦-垂體-睪丸軸(hypothalamus-hypophysis-testis axis，HPT)，從而擾亂男性正常的青春期發(fā)育和/或?qū)е履行圆挥齕30]。在急性應(yīng)激狀態(tài)下，下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA)功能的抑制是由睪酮介導(dǎo)的；而應(yīng)激和高劑量皮質(zhì)醇會(huì)破壞LH的分泌和睪酮的合成與釋放，即HPA與HPT軸串?dāng)_[31-32]。一般來(lái)說(shuō)，宿主應(yīng)激反應(yīng)是為了對(duì)抗炎癥條件或氧化應(yīng)激，這時(shí)強(qiáng)烈的皮質(zhì)醇水平增加，皮質(zhì)醇以一種允許的方式支持宿主的免疫防御機(jī)制，高水平的皮質(zhì)醇可以抑制炎癥和防止組織損傷[33]。任何急性炎癥條件都可能通過(guò)HPA-HPT串?dāng)_從而抑制HPT軸，導(dǎo)致LH和隨后的低睪酮水平，而在COVID-19患者中，LH水平不僅沒(méi)有降低，反而是升高的，說(shuō)明該病毒可能不影響HPT軸，提示我們SARS-CoV-2可能具有獨(dú)特的宿主應(yīng)激反應(yīng)逃避策略，因此HPA-HPT軸不會(huì)發(fā)生交叉。當(dāng)然這也可能是因?yàn)镾ARS-CoV-2與SARS-CoV具有79.4%的核苷酸同源性[34]，所以可利用與報(bào)道的SARS-CoV和流感病毒相似的初級(jí)免疫入侵策略，即以ACE2為主要受體直接介導(dǎo)細(xì)胞損傷。睪丸中ACE2的表達(dá)提示SARS-CoV-2可能通過(guò)其ACE2受體介導(dǎo)的入侵對(duì)睪丸細(xì)胞產(chǎn)生直接影響，但這一點(diǎn)有待于深入研究。

Xu等[35]報(bào)道，間質(zhì)細(xì)胞的睪酮生成受損可能刺激LH釋放，使睪酮水平暫時(shí)維持在正常范圍內(nèi)，這項(xiàng)針對(duì)81例男性患者的研究表明，與100名年齡匹配的健康男性相比，COVID-19患者的LH水平較高，血清睪酮水平較低，睪酮/LH比值較低，提示COVID-19患者的低睪酮水平是由于原發(fā)性性腺功能減退引起的。

引發(fā)睪丸炎癥在人類和動(dòng)物中進(jìn)行的幾項(xiàng)研究表明，性腺功能減退與促炎細(xì)胞因子水平增加有關(guān)，主要是IL-1β、IL-6和TNF-α[35-37]。睪丸炎癥是COVID-19的并發(fā)癥之一。對(duì)COVID-19患者肺細(xì)胞中ACE2的分析表明，該酶不僅是一種受體，而且參與感染后的調(diào)節(jié)，包括先天免疫應(yīng)答、適應(yīng)性免疫應(yīng)答、細(xì)胞因子分泌和病毒基因組復(fù)制[38]。ADAM17活性的增加也可能導(dǎo)致TNF-α和IL-6等促炎分子的增加，加劇了SARS-CoV-2感染過(guò)程中的炎癥過(guò)程[39-40]。由于睪丸間質(zhì)細(xì)胞和支持細(xì)胞中ACE2受體高表達(dá)[41]，SARS-CoV-2可能通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)睪丸組織后與這些受體結(jié)合引起睪丸損傷，其中陰囊不適或疼痛伴睪丸和/或附睪炎癥改變是COVID-19患者中最常見(jiàn)的男性生殖器損傷的臨床表現(xiàn)。表明睪丸可能在對(duì)SARS-CoV-2的適應(yīng)性免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，這種炎癥發(fā)生可能依賴于SARS-CoV-2經(jīng)血行傳播到達(dá)睪丸組織，這也為該病毒感染睪丸組織提供了可能。Yang等[6]采用RT-PCR和電子顯微鏡檢測(cè)了12份COVID-19死亡患者睪丸樣本的病理變化，結(jié)果顯示其中大多數(shù)病例的睪丸中未找到SARS-CoV-2存在的證據(jù)，但發(fā)現(xiàn)支持細(xì)胞和輸精管損傷明顯，間質(zhì)有輕度炎癥浸潤(rùn)，炎癥細(xì)胞主要在輸精管中浸潤(rùn)，IgG沉積在輸精管上皮、間質(zhì)、退化的生殖細(xì)胞和支持細(xì)胞中；表明免疫原性反應(yīng)和炎癥在SARS-CoV-2介導(dǎo)的睪丸損傷中起關(guān)鍵作用[35]，這些發(fā)現(xiàn)可為COVID-19病程中間接睪丸損傷提供循證指導(dǎo)。研究表明，精子上表達(dá)的抗原對(duì)免疫系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是外來(lái)的，這就導(dǎo)致病理情況下抗精子抗體(anti-sperm antibody，ASA)產(chǎn)生。ASA可由不同的病因形成，如血-睪屏障破壞、睪丸炎和生殖道炎癥[42-43]。同時(shí)，細(xì)胞因子的過(guò)量產(chǎn)生可以調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，如由病毒感染引起的IL-6升高可導(dǎo)致睪丸間質(zhì)白細(xì)胞浸潤(rùn)，從而引起自身免疫反應(yīng)并形成ASA[44-46]。死于嚴(yán)重急性呼吸窘迫綜合征患者的尸檢研究顯示存在睪丸炎，組織學(xué)證據(jù)表明存在免疫介導(dǎo)的炎癥損傷[22]。炎癥反應(yīng)進(jìn)一步激活氧化應(yīng)激，從而影響精液質(zhì)量，破壞精子的形態(tài)與功能，并且能夠誘導(dǎo)精子凋亡，導(dǎo)致雄性不育。在SARS-CoV感染中，活性氧的過(guò)量產(chǎn)生可能主要觸發(fā)活化B細(xì)胞核因子κB光鏈增強(qiáng)子和 toll樣受體信號(hào)通路，主要是tlr-4通路；這進(jìn)一步刺激細(xì)胞炎癥因子的釋放，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的放大[47]。如前所述，在男性COVID-19患者中，SARS-CoV-2可能導(dǎo)致睪丸炎，也可能導(dǎo)致氧化應(yīng)激的誘導(dǎo)[48]，形成ASA，提示COVID-19患者存在ASA形成及繼發(fā)不育問(wèn)題的可能性。首先，血-睪屏障保護(hù)精子免受免疫反應(yīng)的影響，支持細(xì)胞參與形成血-睪屏障，由于支持細(xì)胞上ACE2的高表達(dá)，支持細(xì)胞感染SARS-CoV-2可導(dǎo)致血-睪屏障的破壞，可能是ASA形成的結(jié)果。因此，我們建議進(jìn)一步研究ASA的形成和SARS-CoV-2對(duì)男性性腺的影響。

小結(jié)與展望

目前很少有研究調(diào)查男性COVID-19患者的生育能力是否受損，關(guān)于SARS-CoV-2感染與男性生殖系統(tǒng)病理?yè)p害之間的聯(lián)系也尚無(wú)多少數(shù)據(jù)，但許多問(wèn)題已經(jīng)存在，需要得到解答。我們文獻(xiàn)回顧分析結(jié)果表明，SARS-CoV-2感染可能影響男性COVID-19患者的生殖系統(tǒng)，部分COVID-19患者的精液中確實(shí)發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2，組織病理學(xué)和免疫組織化學(xué)研究也證實(shí)了SARS-CoV-2感染后IgG沉積在輸精管上皮、間質(zhì)、退化的生殖細(xì)胞和支持細(xì)胞，COVID-19患者的性激素水平也發(fā)生了改變[23-29]。盡管目前研究提示SARS-CoV-2可能會(huì)損害男性COVID-19患者的生殖系統(tǒng)，但仍然存在許多疑問(wèn)：(1)即使在COVID-19患者精液中發(fā)現(xiàn)了SARS-CoV-2，但并未確認(rèn)病毒是否能通過(guò)精液傳播。(2)3/4 COVID-19患者的精液中沒(méi)有檢測(cè)到SARS-CoV-2，推測(cè)這可能與病毒載量和潛在疾病嚴(yán)重程度有關(guān)，因?yàn)榫簷z測(cè)為陽(yáng)性的COVID-19患者與精液檢測(cè)為陰性的患者在住院天數(shù)或臨床康復(fù)天數(shù)方面沒(méi)有差異。(3)對(duì)于生殖系統(tǒng)受損的COVID-19患者，需要關(guān)注這種影響是短期的還是長(zhǎng)期的，但目前研究主要關(guān)注病毒的急性期效應(yīng)和并發(fā)癥，需要注意的是，對(duì)于生殖系統(tǒng)受損的COVID-19患者，應(yīng)當(dāng)考慮到發(fā)熱引起的全身炎癥過(guò)程對(duì)精子發(fā)生的干擾，并可能影響生育能力[49]，即使是短暫的發(fā)熱也會(huì)降低精子數(shù)量和/或運(yùn)動(dòng)性和/或活力，誘導(dǎo)自噬并可能改變精子DNA完整性[50-52]。因此，即使在COVID-19患者精液中沒(méi)有SARS-CoV-2，甚至在沒(méi)有免疫反應(yīng)的情況下，SARS-CoV-2引起的發(fā)熱可能也會(huì)改變精子參數(shù)，在基礎(chǔ)狀態(tài)精子參數(shù)改變的不育男性中，這種發(fā)熱可能有更有害的影響。然而，Sergerie等[52]研究發(fā)現(xiàn)精子數(shù)量和活力在發(fā)熱1個(gè)多月后暫時(shí)下降，隨后的幾周會(huì)恢復(fù)正常，因此，我們建議對(duì)出現(xiàn)發(fā)熱的男性COVID-19確診患者在整個(gè)病程中進(jìn)行精子參數(shù)監(jiān)測(cè)。綜上，目前尚不確定COVID-19患者的睪丸損傷究竟是由于病毒在睪丸內(nèi)感染引起的，還是由于相關(guān)病理?xiàng)l件等引起的，以及睪丸損傷會(huì)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間。因此我們建議對(duì)男性COVID-19患者在完全康復(fù)后至少3個(gè)月再進(jìn)行精子參數(shù)、激素水平等的重新評(píng)估。