烟雾暴露大鼠氧化应激生精损害的中医药治疗实验研究

2016-06-05 15:08翁治委周少虎梁爱军李翎李堂林张淑婷
中国男科学杂志 2016年10期
关键词:生精附睾麒麟

翁治委周少虎*梁爱军李 翎李堂林张淑婷

1. 广州中医药大学第一附属医院生殖医学科(广州 510405);

2. 广州中医药大学第一附属医院生殖医学科实验中心; 3.湛江市妇幼保健院男科

烟雾暴露大鼠氧化应激生精损害的中医药治疗实验研究

翁治委1周少虎1*梁爱军1李 翎2李堂林3张淑婷1

1. 广州中医药大学第一附属医院生殖医学科(广州 510405);

2. 广州中医药大学第一附属医院生殖医学科实验中心; 3.湛江市妇幼保健院男科

目的研究补肾填精中药麒麟丸对烟雾暴露造成氧化应激所致大鼠睾丸、附睾与精子的抗氧化作用。方法随机将60只雄性成年大鼠均分6组:空白组、模型组、五子衍宗丸组、麒麟丸低剂量组、麒麟丸中剂量组、麒麟丸高剂量组。除空白组外,每天上午烟雾暴露制备大鼠睾丸生殖毒性模型,下午灌胃给药,每周测量体质量,调整给药剂量,连续56d后,处死大鼠取样检测,取血清测定睾酮(T)水平;分别称取大鼠精囊腺、附睾、睾丸的质量并计算相应器官指数;留取附睾内精液,进行计算机辅助的精液分析(CASA)及精子DNA完整率分析;酶联法测定睾丸谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)水平;睾丸附睾病理组织学检查。结果模型组大鼠精子总活力[前向运动(PR)%+非前向运动(NP)%]显著下降,睾丸附睾匀浆MDA水平(28.0±3.2)显著升高,而SOD(13.2±2.0)、GSH-Px(21.1±8.3)明显降低,与空白组相比均有显著差异(P<0.05);麒麟丸各剂量组大鼠精子浓度及总活力比空白组下降,但仍显著高于模型组(P<0.05),MDA显著低于模型组(P<0.05),SOD及GSH-Px显著高于模型组(P<0.05);麒麟丸中、高剂量组大鼠精子正常形态率及各剂量组DNA完整率显著高于模型组(P<0.05)。病理检查:与空白组相比,模型组呈生精功能减低改变。表现为睾丸生精小管萎缩,排列变稀疏,生精上皮变薄,生精细胞减少;附睾管腔内成熟精子变少;精囊腺管腔内分泌物减少,上皮乳头萎缩、数量减少。麒麟丸组与模型组相比,随着剂量增加,生精功能减低的例数逐渐减少,疗效与剂量间有依从关系。结论补肾填精中药麒麟丸可通过提高抗氧化酶活性,抑制氧化应激的发生,起到抗氧化作用,同时可以修复烟雾暴露对睾丸、附睾、精囊腺造成的病理损伤,最终可以保护生精功能,提高精子浓度、总活力与正常形态率,降低精子DNA碎片率。

烟雾; 氧化性应激; 补肾填精; 麒麟丸

1979年Jones等[1]首次提出,人类精子对氧化胁迫特别敏感。生物体系中自由基活性氧(ROS)是维持正常生理状态必要因素,同时,自由基也会对生物大分子造成不同程度的损伤,自由基过高或过低都会对机体产生损伤。少量持续的活性氧是精子受精、获能等生理过程中所必需的;但过量活性氧造成氧化应激,会导致精子膜损伤,影响影响精子功能。氧化应激不仅影响精子膜流动性,而且损伤精子核DNA的完整性。研究表明,活性氧是男性不育的重要病因和病理因素[2]。因此,目前抗氧化药物在男性不育治疗中的应用在国内外均得到重视[3,4]。研究者发现吸烟与精液参数异常之间存在显著相关性,例如,吸烟可致精子存活率下降、精子形态异常以及精子密度降低[5]。本研究通过烟雾暴露制备弱精子症大鼠模型,研究补肾填精中药麒麟丸对大鼠睾丸附睾与精子的抗氧化作用及对氧化应激所致睾丸、附睾、精囊腺病理损伤的保护作用,探讨中医药对男性不育的作用机制。

材料与方法

一、临床资料

1. 实验动物:从南方医科大学试验动物中心选购SPF级Wistar大鼠,实验动物许可证号:SCXK(粤)2011-0015。本室常规饲养一周后进入实验。实验地点:广州中医药大学第一附属医院。环境设施合格证号:SYXK(粤)2013-0092。温度:20~25℃,湿度:40%~70%。

2. 受试药物:(1)麒麟丸,广东太安堂药业股份有限公司,批号:B20130601,临床用量:6g/次,3次/d。大鼠等效剂量:1.69 g/kg;(2)阳性药:五子衍宗丸,北京同仁堂股份有限公司同仁堂制药厂,批号:3035371,临床用量:6g/次,2次/d。大鼠等效剂量:1.126 g/kg。

3. 主要仪器与试剂:Multiskan MK3酶标仪;Wellwash MK2洗板机;BX50型荧光显微镜;TP1020型生物组织自动脱水机;EG1140H型生物组织包埋机(德国LEICA);RM2025型生物组织切片机(德国LEICA);丙二醛、谷胱甘肽、过氧化物酶超氧化物歧化酶都购于南京建成生物工程研究所(批号分别是20130425、20130424、20130424)。

二、实验方法

采用随机分组、空白对照、模型对照的实验研究方法。烟雾暴露制备大鼠睾丸生殖毒性模型:香烟产生烟雾,烟雾流向一个放有大鼠的自制小木箱(注:木箱大小为180cm×80cm×80cm,由两部分组成,烟雾产生部分和暴露部分,见图1、图2),对大鼠进行烟雾暴露,香烟释放速度为10支/30min,20支/d,分为2次,间隔10min,每天早上9:00开始实验。

60只雄性wistar大鼠,体质量180~220g。随机取10只大鼠为空白组,其余50只大鼠随机均分为麒麟丸组包括低、中、高剂量3个组、五子衍宗丸组、模型组。麒麟丸高、中、低剂量分别为7、3.5、1.75倍等效剂量;五子衍宗丸组给药剂量为3.5倍等效剂量;模型组和空白组给予等体积生理盐水灌胃;每天上午9:00烟雾暴露制备大鼠睾丸生殖毒性模型,下午3:00灌胃给药,每天一次,每周测量体质量,调整给药剂量,连续56 d后,称量,取材并进行相关指标检测。

图1 烟雾造模装置

图2 烟雾造模实况

三、 检测方法

采集前晚禁食。老鼠称量后进行以下操作。

1. 血清数据采集:水合氯醛麻醉下,腹腔静脉采血。储存于-20℃等待作睾酮(T)检查。

2. 性腺采集:采血后,完整取出睾丸、附睾及附性腺并称量。性腺器官指数=性腺质量/体质量×100%。1只睾丸、附睾、前列腺、输精管取出后,用生理盐水清洗,用滤纸沾干,立刻置于70%酒精中直到使用。其他睾丸组织保存于-70℃以便后面的谷胱甘肽和脂质过氧化检测。

3. 精子评价:将一整只附睾尾切碎置于5mL生理盐水中,摇晃10min,然后在室温下孵化2min。精子活力评价在从附睾取标本后2~4min内进行。精子浓度和活力使用计算机辅助精子分析仪分析。

4. 精子畸形率分析:参考《关于精子畸形分型的参考意见》[6]。将上述稀释精液,分别均匀涂片两片后待其自然干燥,改良巴氏染色,干燥后立即显微镜观察,同一标本的两张涂片各观察评估 100个精子,计算两次评估油镜下观察头、颈部和尾畸形的精子,畸形精子包括大头、小头、尖头、无钩、无定形、香蕉形、胖头、双头颈弯曲、双颈、双尾、卷尾和短尾巴,无头、无尾、折体、折尾精子未列入畸形类型统计,计算两次评估畸形精子比例均值和误差,确定误差在可接受的范围之内(95%可信区间),计算两次结果取平均值。

5. DNA完整性评价:采用精子DNA碎片试剂盒法。具体操作按试剂盒使用方法。

6. 生化检查:睾丸内谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)检测采用试剂盒法,具体操作按试剂盒使用方法。血清T采用免疫酶法。

四、统计学分析

采用SPSS 13.0统计分析软件进行分析,所有数据资料以(x±s)或(%)表示,P<0.05为差异有统计学意义,P<0.01为差异有显著统计学意义。

结 果

一、与模型组比较

与模型组比较:麒麟丸各剂量组能提高模型大鼠睾丸内GSH-PX的水平;各剂量组同时能提高SOD的水平,并且各剂量组能降低MDA水平,差异均有显著统计学意义(P<0.01);各剂量组对大鼠血清T水平影响不大,差异无统计学意义(P>0.05),见表1;各剂量组对大鼠睾丸指数、附睾指数和精液囊指数影响不大,差异无显著统计学意义(P>0.05)(见表2)。各剂量组能增加精子浓度,但麒麟丸高、中剂量能显著增加精子浓度(P<0.05),各剂量组能提高精子总活力[前向运动(PR)%+非前向运动(NP)%],中高剂量组能提高精子正常形态率;麒麟丸组精子DNA完整率显著上升,差异具有统计学意义(P<0.01)(见表3)。

二、形态学观察麒麟丸对烟雾所致睾丸组织损伤的改善作用

与空白组相比,模型组呈生精功能减低改变。表现为睾丸生精小管萎缩,排列变稀疏,生精细胞减少,生精上皮变薄,腔内成熟精子变少;附睾管腔内成熟精子减少;精囊腺管腔内分泌物减少,上皮乳头萎缩、减低。麒麟丸组与模型组相比,随着剂量增加,生精功能减低的例数逐渐下降,疗效与剂量间有依从关系。提示本实验中麒麟丸对生精功能下降有一定的治疗作用(图3、图4、图5)。

表1 麒麟丸对模型大鼠睾丸GSH-PX、SOD、MDA和血清T的影响n=10)

表1 麒麟丸对模型大鼠睾丸GSH-PX、SOD、MDA和血清T的影响n=10)

注:与模型组比较,*P<0.05,**P<0.01

组别 剂量(g/kg) GSH-PX MDA SOD T (nmol/L)空白组 - 31.6±8.3*19.8±5.9**18.3±3.4**5.04±0.74模型组 - 21.1±8.3 28.0±3.2 13.2±2.0 4.73±0.77五子衍宗丸组 3.94 30.6±5.7*20.1±8.7*18.7±3.3**5.10±0.36麒麟丸低剂量组 2.96 27.8±7.3 22.3±8.1 16.5±3.9 4.29±1.33*麒麟丸中剂量组 5.92 28.5±10.6 21.4±8.5*17.4±3.9*4.77±0.77麒麟丸高剂量组 11.83 29.9±3.2*21.4±5.6*17.7±4.8*5.06±0.61

表2 麒麟丸对睾丸指数、附睾指数和精囊指数的影响n=10)

表2 麒麟丸对睾丸指数、附睾指数和精囊指数的影响n=10)

注:与五子衍宗丸组比较:#P<0.05,##P<0.01

组别 剂量(g/kg) 睾丸指数 附睾指数 精囊指数空白组 - 0.488±0.030 0.190±0.018 0.365±0.047模型组 - 0.490±0.176 0.193±0.049 0.329±0.109五子衍宗丸组 3.94 0.527±0.063 0.187±0.017 0.353±0.050麒麟丸低剂量组 2.96 0.531±0.035 0.192±0.022#0.292±0.07麒麟丸中剂量组 5.92 0.541±0.037 0.212±0.015##0.412±0.059#麒麟丸高剂量组 11.83 0.458±0.208 0.178±0.057 0.351±0.09

表3 麒麟丸对模型大鼠精子参数的影响n=10)

表3 麒麟丸对模型大鼠精子参数的影响n=10)

注:与模型组比较,*P<0.05,**P<0.01;与五子衍宗丸组比较,#P<0.05,##P<0.01

组别 剂量(g/kg) 浓度(×106) PR(%) NP(%) 正常形态精子率(%) DNA完整率(%)空白组 - 16.18±10.34**47.1±9.7**7.74±4.16 94.8±3.3 96.0±1.6**模型组 - 10.62±9.00 23.4±11.7 6.03±1.73 93.1±1.3 92.3±1.8五子衍宗丸组 3.94 13.39±4.71*40.9±17.0*6.69±1.23 94.8±1.39*92.7±1.9麒麟丸低剂量组 2.96 11.59±6.98 32.9±8.6 4.81±2.08#91.7±2.8#94.3±1.3*麒麟丸中剂量组 5.92 15.63±8.36**40.6±10.3**9.59±3.41*95.3±1.8*95.0±2.0*#麒麟丸高剂量组 11.83 14.46±5.84**43.9±5.1**9.57±4.05 97.4±1.0**##94.8±2.2*

图3 各组睾丸病理检查图例(HE染色10×20)

图4 各组附睾病理检查图例(HE染色10×20)

图5 各组精囊腺病理检查图例(HE染色10×20)

讨 论

麒麟丸是目前有效治疗男性不育的药物之一,麒麟丸是在古方“五子衍宗丸”基础上,承继传统中医药学“肾主生殖”理论研制。本研究中麒麟丸组大鼠睾丸附睾匀浆SOD、GSH-Px水平明显高于模型组,而MDA水平显著低于模型组;生精上皮较为完整,精子总活力优于模型组,中、高剂量组正常形态精子率也优于模型组,可见麒麟丸可增强生殖系统的抗氧化酶活性,拮抗氧化应激损伤,修复受损的生精上皮而保护生精功能,保护精子膜,提高精子总活力。

现代药理研究证实枸杞所含枸杞多糖(LBP)能提高大鼠SOD水平[7],而且能明显抑制H2O2诱导的睾丸细胞损伤[8,9];杨欣等[10]实验发现菟丝子水提物可提高精子悬液SOD水平,降低MDA水平,通过其抗氧化作用干预ROS对精子膜的脂质过氧化反应;党参多糖可以显著降低体外培养的大鼠睾丸间质细胞MDA 的水平,并提高GSH-Px的水平[11]。

ROS是属于自由基类的高度活跃的氧化物,主要包括H2O2、O2-、OH-、NO等自由基,能改变细胞功能,危及细胞存活。在正常情况下,ROS必须不停地被灭活,睾丸、附睾中仅保持一定程度受控的ROS以维持精子的生理功能。生殖系统中的抗氧化系统主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、各种过氧化物酶,如谷胱甘肽过氧化酶(GPX),过氧化氢酶(CAT)和其他血红素蛋白过氧化物酶,其中SOD是机体内最重要的抗氧化酶,能清除O2-,可抵抗ROS对精子的毒性,对维持机体抗氧化系统平衡起着重要作用;SOD水平还与精子计数存在正相关关系[12];GSH-Px通过其硫酸基团直接与过氧化氢、超氧化物阴离子及羟基反应,巯基基团可以和烷氧基、过氧化氢反应,对活性氧和组织产生的H2O2有较强的清除能力,有效保护细胞膜结构和功能的完整性。一旦这些相互保护系统中的某一成员减弱或减少,整个酶性保护系统就可能全线崩溃,导致不可逆性的细胞损伤[13]。

香烟烟雾里面包含有大量复杂的有害物质,包括尼古丁、一氧化碳、一些致癌物质以及致突变物质等,这些物质或其代谢产物可以出现在精浆中而引起生殖毒性,导致精子质量下降[14]。参考目前生殖系统氧化应激损伤的动物实验方法[15],本实验发现香烟烟雾暴露(20支香烟,10支/30min,间隔10min)/d×9周,造成精液氧化应激:增加MDA和硫醇基(-SH)水平、增强SOD水平,损伤精子浓度、总活力和正常形态[16],并能损伤精子DNA完整性[17]。

精子对过量ROS引起的损伤尤其敏感,这是因为其质膜含有大量的多聚不饱和脂肪酸(PUFA)以及胞质含有低浓度的ROS清除酶,细胞内的抗氧化酶并不能保护包围在顶体和尾部的质膜,这就迫使精子依靠精浆提供的保护作用来补充其有限的自身抗氧化系统。生殖道内过量产生的ROS不仅破坏精子质膜的流动性,而且损伤精子核内DNA的完整性,会导致生精功能障碍,并对精子产生毒性作用,引起精子膜脂质过氧化,产生的过氧化脂质及其降解产物,如MDA等,使其形态、功能及代谢异常,从而导致男性不育[18,20]。还有证据显示,过高水平的ROS介导损伤精子DNA,产生畸形精子,而且相互作用[21]。MDA是细胞膜脂质过氧化反应的终产物,可作为细胞氧化损伤程度的标志物,可反映体内自由基产生的程度。本实验模型组大鼠睾丸附睾匀浆MDA水平(28.0±3.2)显著升高,提示模型组大鼠睾丸附睾受到严重氧化损伤。

本研究结果表明,不同剂量麒麟丸组较模型组比较,麒麟丸组干预后精液前后观察指标比较都有统计学意义(P<0.05),提示补肾填精中药麒麟丸能提高少弱精子症大鼠的精子浓度、总活力和正常形态率,增强SOD、GSH-Px等抗氧化酶水平,降低精子DNA碎片率,降低睾丸附睾MDA水平,保护抗氧化酶系统,保护生精功能,这表明复方中药能拮抗生殖系统的氧化应激损伤,为抗氧化治疗男性不育症提供了新的思路和途径,笔者在之前的研究也证实了这一点[22]。复方中药可能还存在免疫内分泌调节、抗感染、改善血液循环、补充微量元素等整体治疗机制,本研究证实了补肾填精中药麒麟丸能拮抗生殖系统的氧化应激损伤,也从一个侧面证明了中医药治疗男性少弱精子不育症的有效性和科学性。

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(2016-03-18收稿)

Effects of traditional Chinese medicine on spermatogenesis damage of rats caused by cigarette smoke exposure

Weng Zhiwei1, Zhou Shaohu1*, Liang Aijun1, Li Ling2, Li Tanglin3, Zhang Shuting1
1. Department of Reproductive Medicine, the First Affiliated Hospital of Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine, Guangzhou 5104052, China; 2. Laboratory Center, the First Affiliated Hospital of Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine; 3. Department of Andrology, Zhanjiang Maternity and Child Care Center

Zhou Shaohu, E-mail:zhoushaohu@vip.163.com

ObjectiveTo explore the antioxidant effects of Qilinwan, which was nourishing essence of kidney, on rat spermatogenesis damage caused by cigarette smoke exposure.MethodsSixty male rats were randomly divided into 6 groups such as the blank group, the control group, Wu Zi Yan Zong Pill group, low dose group, median dose group, high dose group. Except the blank group, the rats in other groups received cigarette smoke exposure in forenoon, intragastric administration in afternoon, weight every week and change medicine dose for 56 consecutive days, and then they were executed, and their serum samples were collected for testosterone level evaluation, and their testis, epididymis and seminalvesicle were weighed for index of the corresponding organs; Analysis of semen samples and DNA fragmentation were done; Levels of glutathione peroxidase (GSH-Px),superoxide dismutase(SOD) and malonaldehyde(MDA) in testis were detected by enzyme-linked immunosorbant assay; Pathological examination of testis and epididymis were performed.ResultsCompared to the blank group, sperm motility、concentration of SOD and GSH-Px in testis were decreased signifcantly, and MDA level in testis was increased signifcantly in the model group (P <0.05).Sperm concentration and motility were reduced in all treatment groups, but still higher than control group(P<0.05),MDA level in treatment groups was signifcant decreased Compared to control group(P<0.05),concentration of SOD and GSH-Px、normal sperm morphology and sperm DNA fragmentation in treatment groups signifcant increased Compared to control group(P<0.05).Histopathological analysis showed that:Compared to the blank group there is a reduction in spermatogenesis in control group, manifest as withered and aparse arranged in seminiferous tubule、thiner seminiferous epithelium、fewer spermatogenic cells; mature spermatozoa reduced in epididymis;fewer excretion、atrophy and number depletion of epithelial in seminal vesicle.Compared to the control, treatment groups put up a effect of measuring compliance, as the dose increasing, the cases of damaged spermatogenesis reducting.ConclusionHerb medicine Qilingwan may improve antioxidant enzyme activity, suppressed the production of reactive oxygen species, and repair pathology damage in testis, epididymis and seminal vesicle, ultimately improve normal sperm concentration and morphology, reduce DNA fragmentation.

smog; oxidative stress; reinforcing kidney su emission; qilin pill

10.3969/j.issn.1008-0848.2016.10.003

R 698.2

*通讯作者, E-mail:zhoushaohu@vip.163.com

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