【佳學基因檢測】基因檢測指導維生素D治療男性不育

男性不育癥治療與調(diào)理導讀

維生素D(vitaminD,VD)作為一類常見的營養(yǎng)元素,不僅在調(diào)節(jié)鈣穩(wěn)態(tài)和骨骼健康方面具有明確的作用,基因解碼表明其與男性生殖可能存在密切關系。佳學基因通過分享維生素D的代謝、維生素D與男性性激素、精子質(zhì)量以及妊娠結(jié)果的關系,以進一步說明維生素D對男性生育力的重要影響。了解維生素D對男性生殖的影響及其機制可為臨床診療提供新的思路和方法。

近年來,隨著城市化進程的加速和生活方式的改變,使得人們戶外活動的時間日趨減少,維生素D吸收與應用的風險得到充分暴露，導致維生素D(vitaminD,VD)缺乏逐漸成為一種高度流行的全球疾病,影響著所有年齡段的人。VD賊主要的作用是調(diào)節(jié)鈣吸收和鈣磷代謝,維持肌肉和骨穩(wěn)態(tài),其在其他疾病中的作用也已經(jīng)越來越引起人們的重視。VD在女性生殖中的作用得到了廣泛的證實,而對男性生育的影響也逐漸為大家所探究[1]。雖然已有研究表明,在男性的生殖系統(tǒng)廣泛存在VD受體(vitaminDreceptor,VDR)和VD相關代謝酶[2],動物實驗也證實了VD缺乏的小鼠,其精子質(zhì)量和繁殖能力下降[3],但目前VD對男性生育影響的機制仍不清楚。賊近,有研究認為補充VD可能對需要行輔助生殖技術(assistedreproductivetechnology,ART)的夫婦有益,而且利用VDR與VD代謝酶可以作為ART治療的陽性預測標記[4]。但是VD對男性生育力的影響仍存在不少爭議。本文就VD與男性生殖有關的研究進展進行綜述。 

1 VD缺乏的流行病學

流行病學調(diào)查顯示,VD缺乏的發(fā)生率為30%~50%,全球有近10億人VD缺乏或不足[5]。由于VD的營養(yǎng)狀態(tài)與日照和飲食攝取密切相關,所以不同季節(jié)、不同地區(qū)、不同飲食習慣的人群體內(nèi)VD水平差異很大,如Manios等[6]對歐洲7個國家人群VD水平統(tǒng)計分析之后發(fā)現(xiàn)歐洲成年人VD缺乏的差異很大,賊高發(fā)病率出現(xiàn)在英國,而荷蘭賊低,女性發(fā)病率高于男性,冬季高于夏季,年輕人高于老人。

 2 VD的代謝、VDR與相關代謝酶

2.1 VD代謝VD的主要來源是紫外照射后皮膚合成與食物攝取,食物中的VD經(jīng)小腸吸收后,循環(huán)進入肝臟進行下一步激活。而通過紫外線照射后,無活性的VD可以在皮膚中合成,之后經(jīng)歷肝內(nèi)與腎內(nèi)2次羥基化形成具有活性的形式:1a,25(OH)2VD。在合成后,1a,25(OH)2VD結(jié)合并激活VDR,并與類視黃醇X受體形成異源二聚體。這種復合物可以識別靶基因啟動子區(qū)域的VD應答元件(vitaminDresponseelement,VDRE)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄,從而發(fā)揮VD的作用[7]。

2.2 VDR研究顯示[2],VDR除在腸、骨、腎等經(jīng)典靶器官表達外,也廣泛表達于男性生殖系統(tǒng),如:睪丸、附睪、精囊和前列腺。對于成熟精子,Aquila等[8]通過免疫電子顯微鏡技術觀察到,VDR大部分定位于精子細胞核內(nèi),精子頸部也有少量分布,細胞質(zhì)、細胞膜以及被線粒體和外部致密纖維覆蓋的軸絲和精子尾部未見表達。

2.3 VD相關代謝酶 VD的分子反應很復雜,不僅依賴于VDR的表達,而且有賴于細胞對于循環(huán)形式的VD攝入和VD代謝酶的存在及活力大小。Blomberg等[2]觀察到CYP2R1、CYP27A1和CYP27B1在一部分精母細胞、所有精子細胞、大多數(shù)間質(zhì)(Leydig)細胞和一部分射出精子中表達,而在精原細胞中僅表達CYP27B1和CYP24A1。除了CYP24A1在精子頸環(huán)上明顯表達,其余VD代謝酶定位于成熟的精子頭部和后頸部區(qū)域[9]。

 3VD與性激素

VD對男性生育的一個重要影響就是參與了性激素生物合成的調(diào)控,主要的報道集中在對睪酮、雌二醇(E2)和抗苗勒管激素(anti-Müllerianhormone,AMH)產(chǎn)生的影響上。

3.1 VD與睪酮睪酮對男性生殖起著至關重要的作用,VD與睪酮的關系也備受關注。臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果對于睪酮與VD的關系存在爭議,Wehr等[10]觀察到VD缺乏的男性其血清睪酮濃度、游離睪酮指數(shù)較健康對照組低,而性激素結(jié)合球蛋白較健康對照組高,而且雄激素與VD顯示出一致的季節(jié)性變化。Pilz等[11]將200名非糖尿病男性受試者分成VD補充組與安慰劑支持組,1年之后觀察到VD補充組的總睪酮水平、生物活性睪酮與游離睪酮水平顯著升高,相比之下,安慰劑組中所有的睪酮測量沒有顯著變化。然而也有研究顯示[12],VD補充與循環(huán)睪酮濃度的增加不相關。VD對睪酮的影響機制目前尚不清楚,Hofer等[13]通過微陣列芯片顯示63個關于睪酮合成和VD代謝的基因受VD水平調(diào)控,這種調(diào)控主要由VDR/類視黃醇X受體激活引發(fā),調(diào)控睪酮合成相關基因或許是VD對睪酮影響的一個機制。

3.2 VD與E2對于VD與E2的關系,已經(jīng)有大量的報道,然而因為方法學的不同以及各項研究中記錄參數(shù)的不統(tǒng)一,不同研究中關于VD與E2的關系無法橫向比較。一項對1427位不育男性病例的統(tǒng)計研究表明,血清25(OH)2VD濃度>75nmol/L的男性,其血清游離睪酮與E2都較VD濃度<25nmol/L的男性高[14]。類似的,Wang等[15]在對中國男性的研究中表明,25(OH)2VD水平與總睪酮、E2、性激素結(jié)合球蛋白、黃體生成素(LH)和卵泡刺激素(FSH)水平呈顯著正相關。但是與睪酮的研究類似,也有關于VD與E2并無關系的報道[16]。

3.3 VD與AMHAMH和VD的關系很早就被關注,但是主要研究集中在女性,有研究者觀察到成年男性AMH和VD呈正相關,但這個關系不適用于幼年男孩,該研究還揭示了AMH水平的季節(jié)變化,建議可以通過補充VD來預防AMH不足[17]。

3.4 VD與泌乳素(prolactin,PRL)有文獻報道了VD對PRL的影響,Zhu等[18]將男性按精子質(zhì)量分組,結(jié)果少精子癥、弱精子癥、少弱精子癥以及無精子癥患者較健康對照,其1a,25(OH)2VD顯著低,且伴隨著PRL水平升高。

VD對性激素的影響很大程度反映了VD對性腺功能的影響,VD敲除小鼠,無論雌、雄,均出現(xiàn)芳香酶活性降低的現(xiàn)象,性腺發(fā)育不良及嚴重的原發(fā)性性腺功能低下[19]。然而,關于VD對性腺功能與性激素的關系上,研究結(jié)果出現(xiàn)了分歧,即線性相關和反U形相關。線性相關結(jié)果認為隨著VD血清濃度升高,性腺功能好且雄性激素分泌增加,建議對性腺功能不佳的男性患者補充VD[11,15],但是反U形相關結(jié)果研究表明[20-21],高劑量的VD補充反而會導致性腺功能減退,而且很多性腺功能減退患者伴隨著雄激素低的同時血清VD水平卻很高。這2種結(jié)果的明顯沖突也可能是源自于研究設計、基線25(OH)2VD濃度設定、測定方法、膳食VD攝入量和季節(jié)變化的差異[1]。

 4 VD與精子質(zhì)量

VD對男性生育另一大影響就是影響精子質(zhì)量,賊顯而易見的就是影響精子活力。VD缺乏會導致精子活動力的下降,這個結(jié)論已經(jīng)被很多研究證實,包括動物實驗[19]與臨床病例的統(tǒng)計分析[22]。VD對精子質(zhì)量影響的具體機制需要借助致病基因鑒定基因解碼進行明確,目前有下列幾種推測。

4.1 VD與精子細胞內(nèi)鈣、鋅VD與鈣的關系在很多人體其他部位已被驗證,VD與其相關的鈣結(jié)合蛋白的作用也被研究者探究[23]。對于男性生殖,Blomberg等[3]觀察到,VD與精子活動力以及精子細胞內(nèi)的鈣濃度呈正相關。如之前所說,成熟精子的頸部存在著VD代謝酶和VDR,而有研究表明精子頸部具有存儲鈣的功能,鈣信號在精子生理學中發(fā)揮關鍵作用,參與了精子頂體反應、趨化性和超活化的調(diào)節(jié),而且這些鈣的激活動員可以調(diào)節(jié)鞭毛的運動[24],Aquila等[25]通過分子生物學研究表明,VD作用于VDR后,通過ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白A1(ATP-bindingcassetteproteinA1,ABCA1)介導膽固醇從細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運到細胞外,激活蛋白磷酸化,提升細胞內(nèi)Ca2+水平,增加脂肪酶活性,消耗甘油三酯,加快精子運動,增加頂體酶活性,促進精子成熟和獲能,這或許是VD對精子活動力影響的一個機制。高水平的VD水平還可以誘導全身或局部鋅的改變水平[21],而鋅在精子發(fā)生中起著重要作用[26],這或許是VD影響精子質(zhì)量的另一個原因。雖然VD對鈣的影響已被公認,但是對于VD調(diào)節(jié)精子的Ca2+濃度,從而影響精子質(zhì)量這點,也有不同觀點。Yang等[27]認為鈣對精子的影響是復雜的,而成熟精子細胞質(zhì)中Ca2+濃度與其存活率呈負相關,VD雖然在不同細胞中通過幾種第二信使發(fā)揮作用,然而精子中VD的下游調(diào)控佳學基因檢測正在進行進一步研究。

4.2 VD與睪丸形態(tài)學變化VD缺乏不僅會引起精子細胞內(nèi)Ca2+的缺乏,還會導致睪丸形態(tài)學發(fā)生變化,從而影響精子質(zhì)量,Sun等[28]將小鼠的25(OH)2VD-1a-羥化酶表達基因敲除,觀察VD對男性不育及睪丸形態(tài)的影響,結(jié)果實驗組小鼠出現(xiàn)性腺功能嚴重低下,睪丸鈣通道下調(diào),細胞內(nèi)鈣水平降低以及睪丸組織形態(tài)學異常,睪丸重相對量、睪丸相對量/體質(zhì)量比例下降,生精上皮異常,精原細胞排列紊亂,從而導致精子計數(shù)和運動性下降。Hirai等[29]對隱睪和行睪丸固定術的模型小鼠進行VD治療后觀察其睪丸形態(tài)學指標的變化,結(jié)果治療后小鼠睪丸的相對量和形態(tài)學評分增加了,并且促進了精子發(fā)生,作者認為這應該歸功于VD對支持(Sertoli)細胞中某些特定基因的表達上調(diào)。Gonçalves等[30]觀察到VD可以對支持細胞膜上的g-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性進行刺激,VD缺乏可以影響其活性,進而影響睪丸內(nèi)葡萄糖攝取、乳酸生成,導致睪丸內(nèi)組織細胞不成熟,使睪丸偏小。

4.3 VD與生殖相關基因調(diào)控 男性生殖一些特定基因的表達調(diào)控可能是VD對精子質(zhì)量影響的一個重要原因,VD在轉(zhuǎn)化成活性代謝物1,25-二羥膽鈣化醇后,結(jié)合VDR,再結(jié)合VD應答元件對特定基因進行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄[31]。有研究表明[29],VD處理后小鼠睪丸中的2483個睪丸特異性基因中有19個顯示上調(diào)表達。在所有特異性基因中,賊被關注的是調(diào)節(jié)細胞膽固醇穩(wěn)態(tài)的ABCA1基因,其主要表達在睪丸支持細胞中,而且可能影響男性生育力。有研究表明,與野生型相比,ABCA1基因敲除小鼠睪丸內(nèi)睪酮水平以及精子數(shù)目顯著降低,ABCA1的缺失不僅導致支持細胞內(nèi)脂質(zhì)的消耗,甚至影響來自Leydig細胞的高密度脂蛋白膽固醇(highdensitylipo-protein-cholesterol,HDL-C),HDL-C是用于生成膽固醇的主要來源,因此在ABCA1基因缺失的情況下,間質(zhì)細胞和支持細胞功能部分受損,導致敲除小鼠中睪酮和精子都較少產(chǎn)生[32]。Zanatta等[33]通過VD處理小鼠未成熟的支持細胞,結(jié)果上調(diào)了芳香化酶基因的表達,芳香化酶是許多雌激素合成的限速酶,其產(chǎn)生的量會直接導致激素平衡的變化從而影響精子質(zhì)量。有趣的是,不僅男性自身VD缺乏可能導致精子質(zhì)量下降,Xue等[34]通過動物實驗顯示母體VD缺乏會導致子代精子DNA甲基化水平變化,影響部分基因表達從而影響精子質(zhì)量,而且這種影響可以持續(xù)很多代。

 5 VD與妊娠結(jié)局

5.1 VD與自然妊娠VD與生殖結(jié)局的研究主要集中在女性VD水平與生殖結(jié)局方面,妊娠夫婦中男性伴侶的VD狀態(tài)與妊娠結(jié)局關系的研究較少,多數(shù)進行的是動物實驗研究,如Kwiecinski等[35]早在1989年就觀察到雌性小鼠與VD缺乏雄性小鼠即使成功交配,其陰道中存在的精子也較正常組減少了45%,而且其妊娠率較正常對照減少了73%。Tartagni等[36]將不孕夫婦分成VD正常組與缺乏組,檢測男性精液常規(guī)數(shù)據(jù),記錄排卵期陰道性交后女方的臨床妊娠率、分娩率以及3個月期間結(jié)束評估時組間流產(chǎn)率的差異,結(jié)果顯示雖然精子濃度和活動力沒有明顯差異,但是妊娠率和分娩率VD正常組明顯更高。

5.2 VD與ART妊娠VD不僅影響自然妊娠的結(jié)局,與ART結(jié)局也密切相關,卵泡液中適當濃度的VD可以增加精子細胞內(nèi)的Ca2+濃度并且誘導精-卵細胞體外結(jié)合[37]。但是有研究者觀察到如果女性血清和卵泡液VD水平過高且伴隨卵泡液葡萄糖水平降低,會對體外受精(invitrofertilization,IVF)結(jié)果具有不利的影響[38]。不過,Neville等[39]對行IVF與胞質(zhì)內(nèi)單精子注射(intracytoplasmicsperminjection,ICSI)的夫婦雙方血清VD水平與妊娠結(jié)局進行了統(tǒng)計,結(jié)果妊娠結(jié)局與男女雙方的VD狀態(tài)之間沒有相關性。成本效益分析表明,在ART之前篩選和補充VD可能具有成本效益,但需要進一步的研究證據(jù),由于缺乏關于VD狀態(tài)和ART結(jié)果的直接證據(jù),在ART之前有效支持常規(guī)VD篩選和補充尚不成熟的[40]。對于男性VD水平與輔助生殖結(jié)局的研究數(shù)據(jù)仍然十分有限,還有待大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

無論是動物實驗還是臨床研究都顯示著VD與男性生育力的密切聯(lián)系,臨床應重視不育男性患者VD水平的監(jiān)測,并對VD缺乏患者進行VD的適量補充及生活方式指導。目前對于VD影響男性不育的機制需要借助致病基因鑒定基因解碼進行明確,還有待于進一步的研究。隨著未來對VD在男性生殖功能方面的深入研究,有可能為男性不育癥的治療提供新的思路。

參考文獻：

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