【佳學(xué)基因檢測】基因解碼，讓一瓶常見藥解決男性不育的大問題

生殖健康基因解碼

引起男性不育的原因有很多。其中部分男性生殖障礙患者經(jīng)過基因解碼發(fā)現(xiàn)一個(gè)簡單的維生素D就可以治療這種惱人的生殖疾病，解決生殖健康這個(gè)大問題。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?；蚪獯a揭示維生素D與男性生殖存在密切關(guān)系。佳學(xué)基因生殖健康基因解碼通過闡述VD的代謝、VD與男性性激素、精子質(zhì)量以及妊娠結(jié)局的關(guān)系,以進(jìn)一步說明VD對男性生育力的重要影響。了解VD對男性生殖的影響及其機(jī)制可為臨床診療提供新的思路和方法。
 

男性不育基因解碼的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)

近年來,隨著基因解碼技術(shù)的推廣和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)過去歸咎為城市化進(jìn)程對男性不育的影響，實(shí)則上人體一個(gè)維生素的代謝基因的異常引起的。導(dǎo)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(shí),而對男性生育的影響也逐漸被基因解碼所揭示。基因解碼表明,在男性的生殖系統(tǒng)廣泛存在VD受體(vitaminDreceptor,VDR)和VD相關(guān)代謝酶[2],動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了VD缺乏的小鼠,其精子質(zhì)量和繁殖能力下降。根據(jù)基因解碼結(jié)果，在新一代的人工授精技術(shù)中，補(bǔ)充VD可能對需要行輔助生殖技術(shù)(assistedreproductivetechnology,ART)的夫婦有益,而且利用VDR與VD代謝酶可以作為ART治療的陽性的一個(gè)重要指標(biāo)。
 

1 VD缺乏的流行病學(xué)

流行病學(xué)調(diào)查顯示,維生素D缺乏的發(fā)生率為30%~50%,全球有近10億人維生素D缺乏或不足[5]。由于維生素D的營養(yǎng)狀態(tài)與日照和飲食攝取密切相關(guān),所以不同季節(jié)、不同地區(qū)、不同飲食習(xí)慣的人群體內(nèi)維生素D水平差異很大,如Manios等[6]對歐洲7個(gè)國家人群維生素D水平統(tǒng)計(jì)分析之后發(fā)現(xiàn)歐洲成年人維生素D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 維生素D的代謝、維生素DR與相關(guān)代謝酶

2.1 維生素D代謝維生素D的主要來源是紫外照射后皮膚合成與食物攝取,食物中的維生素D經(jīng)小腸吸收后,循環(huán)進(jìn)入肝臟進(jìn)行下一步激活。而通過紫外線照射后,無活性的維生素D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)2維生素D。在合成后,1a,25(OH)2維生素D結(jié)合并激活維生素DR,并與類視黃醇X受體形成異源二聚體。這種復(fù)合物可以識別靶基因啟動(dòng)子區(qū)域的維生素D應(yīng)答元件(vitaminDresponseelement,維生素DRE)并調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)錄,從而發(fā)揮維生素D的作用[7]。

2.2 維生素DR研究顯示[2],維生素DR除在腸、骨、腎等經(jīng)典靶器官表達(dá)外,也廣泛表達(dá)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(shù)觀察到,VDR大部分定位于精子細(xì)胞核內(nèi),精子頸部也有少量分布,細(xì)胞質(zhì)、細(xì)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(dá)。

2.3 維生素D相關(guān)代謝酶 維生素D的分子反應(yīng)很復(fù)雜,不僅依賴于VDR的表達(dá),而且有賴于細(xì)胞對于循環(huán)形式的維生素D攝入和維生素D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(xì)胞、所有精子細(xì)胞、大多數(shù)間質(zhì)(Leydig)細(xì)胞和一部分射出精子中表達(dá),而在精原細(xì)胞中僅表達(dá)CYP27B1和CYP24A1。除了CYP24A1在精子頸環(huán)上明顯表達(dá),其余維生素D代謝酶定位于成熟的精子頭部和后頸部區(qū)域[9]。
 

3 維生素D與性激素

維生素D對男性生育的一個(gè)重要影響就是參與了性激素生物合成的調(diào)控,主要的報(bào)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 維生素D與睪酮睪酮對男性生殖起著至關(guān)重要的作用,維生素D與睪酮的關(guān)系也備受關(guān)注。臨床數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對于睪酮與維生素D的關(guān)系存在爭議,Wehr等[10]觀察到維生素D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,而且雄激素與維生素D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維生素D補(bǔ)充組與安慰劑支持組,1年之后觀察到維生素D補(bǔ)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],維生素D補(bǔ)充與循環(huán)睪酮濃度的增加不相關(guān)。維生素D對睪酮的影響機(jī)制目前尚不清楚,Hofer等[13]通過微陣列芯片顯示63個(gè)關(guān)于睪酮合成和維生素D代謝的基因受維生素D水平調(diào)控,這種調(diào)控主要由維生素DR/類視黃醇X受體激活引發(fā),調(diào)控睪酮合成相關(guān)基因或許是維生素D對睪酮影響的一個(gè)機(jī)制。

3.2 維生素D與E2對于維生素D與E2的關(guān)系,已經(jīng)有大量的報(bào)道,然而因?yàn)榉椒▽W(xué)的不同以及各項(xiàng)研究中記錄參數(shù)的不統(tǒng)一,不同研究中關(guān)于維生素D與E2的關(guān)系無法橫向比較。一項(xiàng)對1427位不育男性病例的統(tǒng)計(jì)研究表明,血清25(OH)2維生素D濃度>75nmol/L的男性,其血清游離睪酮與E2都較維生素D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)2維生素D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(guān)。但是與睪酮的研究類似,也有關(guān)于維生素D與E2并無關(guān)系的報(bào)道[16]。

3.3 維生素D與AMHAMH和維生素D的關(guān)系很早就被關(guān)注,但是主要研究集中在女性,有研究者觀察到成年男性AMH和維生素D呈正相關(guān),但這個(gè)關(guān)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(bǔ)充維生素D來預(yù)防AMH不足[17]。

3.4 維生素D與泌乳素(prolactin,PRL)有文獻(xiàn)報(bào)道了維生素D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)2維生素D顯著低,且伴隨著PRL水平升高。

維生素D對性激素的影響很大程度反映了維生素D對性腺功能的影響,維生素D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(yán)重的原發(fā)性性腺功能低下[19]。然而,關(guān)于維生素D對性腺功能與性激素的關(guān)系上,研究結(jié)果出現(xiàn)了分歧,即線性相關(guān)和反U形相關(guān)。線性相關(guān)結(jié)果認(rèn)為隨著維生素D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(bǔ)充維生素D[11,15],但是反U形相關(guān)結(jié)果研究表明[20-21],高劑量的維生素D補(bǔ)充反而會導(dǎo)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(shí)血清維生素D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(shè)計(jì)、基線25(OH)2維生素D濃度設(shè)定、測定方法、膳食維生素D攝入量和季節(jié)變化的差異[1]。
 

4 維生素D與精子質(zhì)量

維生素D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。維生素D缺乏會導(dǎo)致精子活動(dòng)力的下降,這個(gè)結(jié)論已經(jīng)被很多研究證實(shí),包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[19]與臨床病例的統(tǒng)計(jì)分析[22]。維生素D對精子質(zhì)量影響的具體機(jī)制尚不明確,目前有下列幾種推測。

4.1 維生素D與精子細(xì)胞內(nèi)鈣、鋅維生素D與鈣的關(guān)系在很多人體其他部位已被驗(yàn)證,維生素D與其相關(guān)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,維生素D與精子活動(dòng)力以及精子細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度呈正相關(guān)。如之前所說,成熟精子的頸部存在著維生素D代謝酶和維生素DR,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(xué)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,參與了精子頂體反應(yīng)、趨化性和超活化的調(diào)節(jié),而且這些鈣的激活動(dòng)員可以調(diào)節(jié)鞭毛的運(yùn)動(dòng)[24],Aquila等[25]通過分子生物學(xué)研究表明,維生素D作用于VDR后,通過ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白A1(ATP-bindingcassetteproteinA1,ABCA1)介導(dǎo)膽固醇從細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外,激活蛋白磷酸化,提升細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺水平,增加脂肪酶活性,消耗甘油三酯,加快精子運(yùn)動(dòng),增加頂體酶活性,促進(jìn)精子成熟和獲能,這或許是維生素D對精子活動(dòng)力影響的一個(gè)機(jī)制。高水平的VD水平還可以誘導(dǎo)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],這或許是維生素D影響精子質(zhì)量的另一個(gè)原因。雖然維生素D對鈣的影響已被公認(rèn),但是對于維生素D調(diào)節(jié)精子的Ca²⁺濃度,從而影響精子質(zhì)量這點(diǎn),也有不同觀點(diǎn)。Yang等[27]認(rèn)為鈣對精子的影響是復(fù)雜的,而成熟精子細(xì)胞質(zhì)中Ca²⁺濃度與其存活率呈負(fù)相關(guān),維生素D雖然在不同細(xì)胞中通過幾種第二信使發(fā)揮作用,然而精子中維生素D的下游調(diào)控佳學(xué)基因檢測正在進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4.2 維生素D與睪丸形態(tài)學(xué)變化維生素D缺乏不僅會引起精子細(xì)胞內(nèi)Ca²⁺的缺乏,還會導(dǎo)致睪丸形態(tài)學(xué)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(dá)基因敲除,觀察維生素D對男性不育及睪丸形態(tài)的影響,結(jié)果實(shí)驗(yàn)組小鼠出現(xiàn)性腺功能嚴(yán)重低下,睪丸鈣通道下調(diào),細(xì)胞內(nèi)鈣水平降低以及睪丸組織形態(tài)學(xué)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(xì)胞排列紊亂,從而導(dǎo)致精子計(jì)數(shù)和運(yùn)動(dòng)性下降。Hirai等[29]對隱睪和行睪丸固定術(shù)的模型小鼠進(jìn)行維生素D治療后觀察其睪丸形態(tài)學(xué)指標(biāo)的變化,結(jié)果治療后小鼠睪丸的相對量和形態(tài)學(xué)評分增加了,并且促進(jìn)了精子發(fā)生,作者認(rèn)為這應(yīng)該歸功于維生素D對支持(Sertoli)細(xì)胞中某些特定基因的表達(dá)上調(diào)。Gonçalves等[30]觀察到維生素D可以對支持細(xì)胞膜上的g-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性進(jìn)行刺激,維生素D缺乏可以影響其活性,進(jìn)而影響睪丸內(nèi)葡萄糖攝取、乳酸生成,導(dǎo)致睪丸內(nèi)組織細(xì)胞不成熟,使睪丸偏小。

4.3 維生素D與生殖相關(guān)基因調(diào)控 男性生殖一些特定基因的表達(dá)調(diào)控可能是維生素D對精子質(zhì)量影響的一個(gè)重要原因,維生素D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)合維生素D應(yīng)答元件對特定基因進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄[31]。有研究表明[29],維生素D處理后小鼠睪丸中的2483個(gè)睪丸特異性基因中有19個(gè)顯示上調(diào)表達(dá)。在所有特異性基因中,賊被關(guān)注的是調(diào)節(jié)細(xì)胞膽固醇穩(wěn)態(tài)的ABCA1基因,其主要表達(dá)在睪丸支持細(xì)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(dǎo)致支持細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的消耗,甚至影響來自Leydig細(xì)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(xì)胞和支持細(xì)胞功能部分受損,導(dǎo)致敲除小鼠中睪酮和精子都較少產(chǎn)生[32]。Zanatta等[33]通過維生素D處理小鼠未成熟的支持細(xì)胞,結(jié)果上調(diào)了芳香化酶基因的表達(dá),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(dǎo)致激素平衡的變化從而影響精子質(zhì)量。有趣的是,不僅男性自身維生素D缺乏可能導(dǎo)致精子質(zhì)量下降,Xue等[34]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示母體維生素D缺乏會導(dǎo)致子代精子DNA甲基化水平變化,影響部分基因表達(dá)從而影響精子質(zhì)量,而且這種影響可以持續(xù)很多代。
 

5 維生素D與妊娠結(jié)局

5.1 維生素D與自然妊娠維生素D與生殖結(jié)局的研究主要集中在女性維生素D水平與生殖結(jié)局方面,妊娠夫婦中男性伴侶的維生素D狀態(tài)與妊娠結(jié)局關(guān)系的研究較少,多數(shù)進(jìn)行的是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究,如Kwiecinski等[35]早在1989年就觀察到雌性小鼠與維生素D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]將不孕夫婦分成維生素D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(gè)月期間結(jié)束評估時(shí)組間流產(chǎn)率的差異,結(jié)果顯示雖然精子濃度和活動(dòng)力沒有明顯差異,但是妊娠率和分娩率維生素D正常組明顯更高。

5.2 維生素D與ART妊娠維生素D不僅影響自然妊娠的結(jié)局,與ART結(jié)局也密切相關(guān),卵泡液中適當(dāng)濃度的維生素D可以增加精子細(xì)胞內(nèi)的Ca²⁺濃度并且誘導(dǎo)精-卵細(xì)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維生素D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)的夫婦雙方血清維生素D水平與妊娠結(jié)局進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果妊娠結(jié)局與男女雙方的維生素D狀態(tài)之間沒有相關(guān)性。成本效益分析表明,在ART之前篩選和補(bǔ)充維生素D可能具有成本效益,但需要進(jìn)一步的研究證據(jù),由于缺乏關(guān)于維生素D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)維生素D篩選和補(bǔ)充尚不成熟的[40]。對于男性維生素D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(jì)分析。

無論是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還是臨床研究都顯示著維生素D與男性生育力的密切聯(lián)系,臨床應(yīng)重視不育男性患者維生素D水平的監(jiān)測,并對維生素D缺乏患者進(jìn)行維生素D的適量補(bǔ)充及生活方式指導(dǎo)。目前對于維生素D影響男性不育的機(jī)制尚不明確,還有待于進(jìn)一步的研究。隨著未來對維生素D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。
 

更多基因解碼結(jié)果：

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