睾丸生精细胞凋亡的外界影响因素

李德干

随着工业化的发展,环境越来越恶化,严重地危害了人类的健康。环境中一些化学、物理、微生物等污染源正严重地影响着男性的生殖健康,直接或间接地导致男性不育,影响精子的发生成熟。本文就影响精子发生过程中生精细胞凋亡的外界因素综述如下。

1 化学物质

1.1 双酚 A 双酚 A是生产环氧树脂、聚碳酸酯的主要原料之一,广泛应用于人类的生产生活中,如:塑料制品、婴儿用品、牙齿填充物等。随着上述用品的大量使用,双酚 A对环境造成的污染也日益严重。已有研究发现,双酚 A对动物的生殖发育、遗传物质、免疫系统等均有毒性作用[1-2]。刘基芳等[2]通过测定睾丸细胞的周期等方式发现,双酚 A对雄性小鼠生殖细胞有促凋亡作用。桂红军等[3]曾按 25mg/(kg◦bw)双酚 A给青春期大鼠腹腔注射染毒,8周后,发现附睾/体质量比值没有明显变化,却出现了睾丸/体质量比值升高的情况。而 Takahashi和 Oishif等[4]用含 0.25%双酚 A的饲料分别喂饲成年大鼠和小鼠各 8周,未出现生殖毒性;但经皮下注射200mg/(kg◦d)双酚 A,连续 4周后,出现了试验大鼠的睾丸、附睾重量减轻的现象,并降低睾丸每日精子产量。罗冬梅[5]研究表明,双酚 A染毒组 SPF雄性 SD大鼠睾丸组织曲细精管的各级生精细胞、支持细胞内 Bax的表达量均显著比对照组高,而 Bcl-2的表达量则显著比对照组低,这说明双酚 A对雄性 SD大鼠的生殖毒性作用不仅在于可引起睾丸生殖细胞的变性和坏死,还可以促进和加速睾丸生殖细胞的凋亡。

1.2 甲醛 甲醛是一种已知致癌、致细胞突变的物质,有一定的遗传毒性[6]。研究表明生精细胞发生凋亡最常见的形态变化是细胞核染色质浓缩[7]。董杰影等[8-9]用 0.2mg/kg、2mg/kg、20mg/kg甲醛腹腔注射,1次 /d,连续 5d,第6天用免疫组化法测定小鼠睾丸生精细胞的 Bcl-2、Bax蛋白表达率;用电镜观察小鼠睾丸生精细胞超微结构变化。结果显示,小鼠睾丸生精细胞的 Bcl-2蛋白表达率明显低于对照组,差异有显著性 (P＜0.05),Bax蛋白表达率明显高于对照组,差异有显著性 (P＜0.05);用电镜观察结果显示,对照组的小鼠生精细胞的超微结构,核内以常染色质为主,核膜光滑,线粒体完整,胞浆内粗面内质网发达;0.2mg/kg剂量组睾丸生精细胞形态发生变化,染色质轻度浓集,核膜模糊,胞浆中线粒体、内粗面内质网完整;甲醛对小鼠生精细胞 Bcl-2、Bax蛋白表达及超微结构改变的影响细胞形态发生变化,染色质轻度浓集,核膜模糊,胞浆中线粒体、内粗面内质网完整;2mg/kg组的细胞核结构进一步受损,表现为染色质浓集成块,染色深,核膜进一步模糊,线粒体凝集,内嵴残缺;而 20mg/kg组的电镜结构为核内染色质发生溶解,细胞核的核膜皱缩,线粒体浓缩,内嵴模糊,粗面内质网出现脱粒现象。从三种剂量组细胞超微结构来看,甲醛的作用主要造成染色质的浓缩和线粒体的损伤,表现为核染色质的浓缩或溶解以及线粒体的肿胀和凝集。甲醛可造成机体内生殖细胞的 DNA损伤,还可通过抑制 bcl-2、增加 bax的表达而诱导细胞凋亡,从而影响生殖细胞。

1.3 多氯联苯 多氯联苯是广泛存在于自然界中的环境类激素化合物,大量研究表明多氯联苯能显著干扰类固醇激素的生理功能从而严重影响机体的生长发育。(1)多氯联苯具有降低甲状腺的功能,Anbalagan等[10]用 PCB分别作用大鼠 15、30d后,血清中 T3、T4水平降低,这可能影响睾丸的生长、发育。(2)Fukuzawa等[11]用不同浓度的多氯联苯作用体外培养的新生小鼠睾丸组织,结果表明,Cyp1A1的水平呈剂量依赖性增高,P450 sccmRNA水平显著下调,而 P450C17mRNA水平明显升高,这表明多氯联苯能直接影响类固醇酶基因的表达。(3)Raychoudhury等[12]通过体外培养支持细胞的方法发现多氯联苯能直接对支持细胞产生毒性作用。以上结果提示在睾丸组织中最易受多氯联苯损伤的细胞是精原细胞、精母细胞及支持细胞。常德辉等[13]研究表明,不同剂量的 PCB对睾丸精原细胞、精母细胞 bcl-2表达有不同的影响,提示低剂量PCB诱导睾丸 bcl-2表达可能是睾丸精原细胞、精母细胞通过抗细胞凋亡的方式保护其发生凋亡,但高剂量组 bcl-2表达的下降表明睾丸精原细胞、精母细胞开始发生凋亡。

1.4 氟 近年来,随着国内外对地方性氟中毒研究的日益深入,人们逐渐开始关注氟对雄性生殖系统的影响。有研究表明,从饮水中摄入过量氟可以导致雄性大鼠生殖系统多方面的损害。另一方面,有关氟与细胞凋亡近年来也进行了广泛的研究。崔留欣[14]等通过实验腹腔注射氟化钠建立氟中毒动物模型,发现氟有致大鼠生精细胞凋亡效应。

许多杀虫剂都有生殖毒性,如 DDT、二溴氯丙烷、二溴乙烷、二硫化碳、有机磷、敌敌畏、林丹等,都已证明对男性生精细胞凋亡的正常过程有着某些影响。同时一些临床药物也会影响男性精子的生成,呋喃西林、呋喃妥因、硫代水杨酸钠、秋水仙碱和阿司匹林等解热镇痛抗炎类药物也可引起精子生成减少,甚至可致不育。尤其是一些抗肿瘤的化疗药物,如白消安、环磷酰胺、长春花生物碱、苯丁酸氮芥、顺氯氨铂等,由于男性性腺对这些药物最为敏感,首当其冲受损的是精原细胞。还有邻苯二甲酸酯、丙烯氰、氯乙烯、棉子酚、甲苯、乙烷、乙二醇乙醚等一些有机化合物质,对男性生殖功能有着潜在的危害性,影响精子产生[15]。

2 重金属

汞在现代工业生产中汞是普遍应用的一种重金属,汞的生殖毒性已相当重视,分别从睾丸和附睾脏器系数、曲细精管面积变化[16-17],睾丸生殖细胞的 DNA损伤[18],睾丸细胞酶活性的变化[19]等方面做了系统的研究,表明汞具有明显的生殖毒性;氯化汞可引起小鼠生精细胞 Bcl-2蛋白表达减少和 Bax蛋白表达增加,导致细胞凋亡;并且氯化汞可致小鼠生精细胞和精子超微结构发生病理性改变,高剂量氯化汞还可导致细胞坏死。环境中存在超过卫生标准的镉、铅、铬、镍、等金属元素,均可干扰精子的正常形成,促进生精细胞的凋亡[20-21];另像锌、锰、硒等微量元素的缺乏或者过高也可诱发的生精细胞凋亡,导致男性的少精子症。

3 低氧

研究发现高原低氧引起精液中精子数量下降,睾丸内精子发生过程受到抑制[22]。这与精子在其发生过程中容易受到低氧的胁迫有关,是由睾丸生殖细胞的高代谢与氧供距离相对较长的特点所决定的。此外,机体处于低氧状态时,往往优先保障心脑等重要器官,而睾丸的血供却显著下降,从而加重了生殖细胞缺氧,使生殖细胞容易受到损伤[23]。廖卫公等[24]发现低氧时凋亡的生殖细胞以精原细胞和精母细胞为主,支持细胞、精子细胞和精子的凋亡少见。低氧大鼠睾丸内生殖细胞发生凋亡的生精小管数量显著增多,这将会引起睾丸内精子和精子细胞生成减少。低氧诱导大鼠睾丸生殖细胞凋亡增多,慢性低氧引起的睾丸生殖细胞凋亡增多与 Bax表达增加有关。

4 电离辐射

睾丸生精细胞对电离辐射非常敏感,低剂量照射即可诱导精原细胞数量减少,很低剂量就可以诱导生精细胞凋亡,而且这种凋亡主要以有丝分裂前期的精原细胞和精母细胞为主,很少累及精子细胞和精子,具有重要遗传学义。刘光伟[25]等研究结果表明,低剂量电离辐射诱导生精细胞凋亡具有明显的细胞种类选择性,主要以精原细胞和精母细胞为主,很少累及精子细胞和精子,而且随照射剂量增加,生精细胞凋亡明显增加,有研究发现,电离辐射诱导精原细胞、精母细胞凋亡可能与 p53途径有关。另外,像无线电、电脑、广播、电视通讯、雷达探测、工业加热和理疗等电子设备均可产生不同频率和功率的电磁辐射,这些非电离辐射也能引起机体内大分子和亚细胞结构的生物学改变。

5 温度变化

精子发生对温度变化非常敏感。睾丸温度较腹腔低 2℃～3℃,这种低温条件为睾丸的发育和功能提供最适环境。睾丸温度稍微升高例如隐睾症精子发生则遭受破坏,隐睾内的生精细胞发生异常凋亡。热刺激引起 Sertoli细胞、精原细胞和精母细胞核内 HSP27和 HSP90蛋白表达增高,HSP70-1和 HSP70-3也在精母细胞中表达增高;周新昌等[26-27]研究发现热应激和超生理剂量睾酮能够诱导生精细胞出现凋亡信号,它分别于处理后第5天和第30天达到最强,表明热应激和睾酮干扰精子发生可能是通过生精细胞凋亡的方式来实现的。

6 病原微生物感染

弓形虫是寄生于人和动物组织细胞内的原虫,可寄生于睾丸组织的生精细胞,引起生精细胞严重脱落和精子的多种畸形(如卷尾,头尾折角等),对男性生殖健康造成影响[28-29]。周永华等[30]研究发现弓形虫感染可致生精细胞的脱落、坏死与凋亡机制有关。除了上述几种主要因素外,近年研究表明沙眼衣原体、解脲支原体等病原微生物感染生殖道也可引起精子的凋亡,这为人们研究生精细胞的凋亡开辟了新的视野。

7 结语

生精细胞的凋亡可以维持精子发生过程的动态平衡。凋亡的诱发因素很多,但有些外在因素过多时会严重影响生精细胞的凋亡过程,弄清一些相关的外在因素影响生精细胞增殖和凋亡的机制,对指导人民生活,生产,卫生保健有着重要意义,更有直接重大意义的是为男性不育症的治疗及探索男性节育新途径奠定理论基础。

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