精浆细胞因子的检测及其对精子质量的影响机制研究进展

王 荣 综述 陆金春 梁元姣 审校

东南大学附属中大医院生殖医学中心（江苏南京 210037）

男性不育通常会出现精子质量的异常。全身或生殖系统疾病、环境因素、生活方式、辐射、微量元素缺乏、药物等均会导致精子质量相关检测指标的异常。精浆中含有多种成份，如糖类、脂类、酶、免疫球蛋白、多种离子成分及细胞因子等[1]，这些组分水平的改变对精子质量有重要影响。其中，精浆中的细胞因子水平可以反映男性生殖系统炎性反应程度和免疫状况，其与精子质量下降的关系亦被广泛研究[2]。精浆中细胞因子有哪些？其来源如何？目前精浆细胞因子检测中存在哪些问题？精浆中细胞因子导致精子质量降低的具体机制有哪些？阐明这些问题可能有助于男性不育病因的确定、实验室诊断方法的建立和选择合适的治疗措施。为此，本文对精浆细胞因子的来源、作用、检测方法以及导致精子质量下降的相关机制综述如下。

一、精浆细胞因子的种类和来源

目前，在男性生殖系统研究中报道的细胞因子有：白细胞介素（interleukin，IL）-1ɑ、1β、1RA（receptor antagonist，受体拮抗剂）、2、4、6、8、10、11、12、17、18、23、35、37、肿瘤坏死因子ɑ（tumor necrosis factorɑ，TNFɑ）、TNFβ、γ干扰素（interferonγ，IFN-γ）、转化生长因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）、内皮素1（endothelin 1，ET-1）、肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）等[2]。但在精浆中已检出的细胞因子及水平见表1。

表1 精浆中的细胞因子及其水平

表1 精浆中的细胞因子及其水平

细胞因子主要由免疫细胞如单核细胞、巨噬细胞、T细胞、B细胞、NK细胞等产生，也可由非免疫细胞如内皮细胞、表皮细胞、纤维母细胞等经刺激后合成并分泌[2]。一般情况下，机体免疫细胞会分泌少量细胞因子，这对维持男性生殖功能是必须的。当男性生殖系统受到病原体或其他抗原成分刺激后，机体免疫细胞甚至一些非免疫细胞，会分泌大量细胞因子，从而介导炎症和免疫反应的发生[2，17]。

二、精浆细胞因子的作用

细胞因子的作用是多效的[2]：相同的细胞因子对不同的细胞有不同的作用；不同的细胞因子可以对特定的细胞产生相同的影响。此外，细胞因子中既有促炎细胞因子，也有抗炎细胞因子。因而不同的细胞因子可能具有协同作用，也可能相互拮抗。

生理情况下，男性生殖系统中的细胞因子一般为低浓度，其可作为细胞内信号，调节生殖道内固有免疫和适应性免疫，促进生殖细胞的生长和分化成熟，调节睾丸正常发育并维持睾丸内环境的稳定，以及维持精子的正常功能[2,17-18]。例如，支持细胞分泌的IL-1α，作为一种有丝分裂原，可调节精原细胞和精母细胞的DNA复制，并可作为自分泌和旁分泌因子，刺激乳酸和转铁蛋白的产生[17]；生精细胞能产生TNF，TNF可作为信号分子调节支持细胞的功能，以应对毒性损伤[17]；IL-10和TGF-β是睾丸内维持免疫抑制的关键因子，睾丸特异性抗原正常情况下不会被识别并导致细胞或体液免疫反应的激活，可能与睾丸中的免疫细胞特别是巨噬细胞产生IL-10和TGF-β有关[17]；IL-6可促使精子超氧化物歧化酶（SOD）活性升高，从而维持精子顶体完整性[18]；IL-10作为一种抗炎细胞因子，不仅可抑制单核细胞和T细胞中多种炎性细胞因子如IFN-γ、TNF-α、IL-1和IL-6的表达和功能，还能增强B淋巴细胞生成免疫球蛋白及NK细胞和CD8 T细胞的细胞毒性，从而加强免疫防御反应[19]。另外，细胞因子具有免疫信号传导作用，但在睾丸中各信号通路的复杂性使得细胞因子与睾丸生理学的具体相关性还值得更多研究。

当男性存在生殖道感染（如支原体、衣原体、细菌、病毒等的感染）或炎症、精索静脉曲张、射精管梗阻、肥胖等时，白细胞数量或活性氧（ROS）增加[20]，巨噬细胞、树突状细胞和T淋巴细胞等会分泌较多的促炎细胞因子如IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ、IL-12、IL-17和IL-23等[2]。这些细胞因子的增加会加重机体的炎症反应，并导致精子细胞的损伤。Saxena等[13]研究认为，IL-8作为一种促炎性趋化因子，可吸引更多的白细胞进入精浆，并激活嗜中性粒细胞以吞噬细菌而清除感染，同时，这些过氧化物酶阳性的白细胞则生成更多的ROS，造成精子活力下降和形态异常。因而精浆IL-8水平被认为可用于男性生殖道感染的诊断指标[13,21]。另有研究显示[3]，IL-6、IL-8可以被认为是诊断和随访男性附属性腺感染特别是无症状感染时最有价值的炎症标志物。

三、精浆细胞因子的检测现状

正如表1所示，精浆中已有十多种细胞因子被检测出，并且发现，实验组的IL-6、IL-8、IL-10、IL-2、IL-1、TNF-α、IFN-γ、ET-1、TGF-β等水平均显著高于对照组，提示，这些细胞因子可能在反映男性生殖道感染或某些特定精子异常上有一定诊断作用。然而，表1也提示，目前检测精浆细胞因子的方法绝大多数为ELISA法，由于该法定量检测性能有限，影响因素多，结果的准确性值得商榷。不同研究团队报道的结果差异很大，几乎每个细胞因子的差异均在数十倍甚至数百倍以上，进一步提示目前精浆细胞因子的检测方法需要改进。如果没有标准的、准确的精浆细胞因子检测方法，结果的准确性难以保证，相关的研究结论就会有失偏颇。因此，目前对精浆细胞因子的研究，急需建立标准的、检测结果可靠的细胞因子检测方法。

目前用于检测精浆细胞因子的ELISA法简单快速，但在操作过程中干扰因素多，重复性差，灵敏度较低；RIA法有同位素损害，目前已应用很少。最近几年，用于血清细胞因子的流式细胞术已被建立，其利用包被针对某细胞因子的高特异性单克隆抗体微球，与样本中可溶性细胞因子结合，再加入待测物的荧光抗体，通过流式细胞分析仪检测其荧光强度可得到相应细胞因子水平[22]。该法所需样本量少，结果准确可靠，灵敏度高，重复性好，易于质量控制，且可同时检测同一标本中的多种细胞因子[23]。表1中的xMAP技术，就是以荧光编码微球为核心，集流式原理、激光分析、高速数字信号处理等多种技术于一体的检测系统[12]。因此，流式细胞术可能是未来检测精浆细胞因子的最佳方法，但需大样本、多中心临床验证。

四、细胞因子导致精子质量降低的机制

（一）ROS与细胞因子的相互作用

在不育患者精浆中，细胞因子水平常增高[2]，其影响精子质量研究最多的机制为活性氧（reactive oxygen species，ROS）学说。在男性生殖系统中，ROS主要由精子和白细胞产生。适量的ROS水平对维持正常的精子功能是必需的，但当ROS水平超过精浆抗氧化防御能力时，即ROS和抗氧化防御系统之间的稳态平衡被破坏，就会导致过氧化应激反应的发生[20]。研究显示[3,13]，过高的ROS可以刺激IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、TNFα、IFN-γ等多种细胞因子的过度表达，从而造成精子活力和正常形态精子百分率下降。最近一项研究显示[24]，精浆ROS的增加可以激活白细胞TLR4/NF-κB信号通路，进而诱导炎症因子如TNF-α和IL-6的表达和释放，导致生殖道局部炎症反应的发生。而促炎细胞因子水平的增加，又可促进氧化应激，最终形成恶性循环，导致炎症反应不断加重[20]。这种ROS和细胞因子之间复杂的相互作用，进一步通过介导精子凋亡而损伤精子DNA、降低精子活力和代谢能力、导致精子结构完整性降低，最终显著降低精子质量[25]。另外，TNF-α在激发ROS产生的同时，可显著降低精浆和精子SOD活性，减弱其清除氧自由基的能力，进一步加重氧化应激损伤效应，导致精子活力下降[26]。

精索静脉曲张（varicoele，VC）导致精子质量下降亦与活性氧和细胞因子增加有关[27]。VC导致氧化损伤和细胞凋亡的同时，也会引起相关促炎细胞因子的增加，进而对生殖细胞造成损害。已有研究显示[16,28]，相比于正常生育男性，VC患者精浆中IL-1、IL-6、IL-8、IL-18、IL-37、IFN-γ和TNF-α均有不同程度的升高。但也有研究显示[12]，VC患者的精浆IFN-γ、IL-6和TNF-α浓度是降低的，而抗炎细胞因子IL-10水平是增加的。这些不同结论的研究提示，不同细胞因子之间的相互调控可能影响VC与精子质量之间的关系，但仍需大样本、多中心研究的证实。

同样，在肥胖、吸烟、饮酒、接触辐射等的不育男性中，氧化应激水平和促炎因子如TNF-α、IL-6等水平增加亦被报道[2,29]。这些研究均证实了ROS和细胞因子之间存在一定相互作用，但这些作用的具体机制以及如何选择合适的靶点进行干预，可能是未来研究需要关注的重点。

（二）细胞因子可促进一氧化氮的增加

一氧化氮（NO）是一种活性氮，在男性生殖系统功能调节中具有十分重要的作用，适量的NO可以调节睾丸精子的发生、提高精子活力并在受精过程中起一定作用。当机体在某些病理情况下如感染性疾病时，炎症细胞产生的细胞因子可诱导巨噬细胞产生大量的NO，NO对入侵的微生物及其周围细胞和组织具有细胞毒性和抑制作用，同时，高浓度的N0可导致精子活力和存活率下降，影响精子膜完整性及精子获能[30]。另有研究显示[31]，生殖道感染的男性患者精液NO浓度与IL-17和IL-18浓度呈正相关，推测可能是在感染刺激下，IL-17和IL-18等炎症因子浓度升高，促进了诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达，从而产生大量NO。Lampiao等[32]也证实，生殖道炎症时高浓度TNF-α和IL-6也可过度激活精子中iNOS的活性，使精液中NO含量显著增加，进而影响精子活力和存活率。

（三）细胞因子可介导线粒体损伤

线粒体可通过氧化磷酸化合成ATP，为精子运动提供能量。同时，线粒体能产生少量ROS，维持精子内钙稳态、顶体酶活性及染色质完整性等，从而维持男性生育力[33]。感染、精索精脉曲张、环境污染、药物、高温、吸烟、肥胖、心理应激等因素均可能引起精子线粒体功能障碍甚至凋亡，其中，除了升高的ROS通过诱导线粒体嵴的重构和脂质过氧化而促进细胞色素C的释放从而引起精子凋亡外[34]，细胞因子的作用亦不可少。研究显示[35]，促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α等可能通过改变线粒体能量代谢、加重氧化应激反应和蛋白质羟基化等机制导致线粒体功能障碍。另外，TNF-α可通过与其受体TNFR1结合形成三聚体样调节蛋白，激活半胱氨酸蛋白酶8（Caspase-8），活化的Caspase-8可以裂解Bcl-2家族的Bid蛋白并形成一个活性片段，从而增加线粒体通透性并释放细胞色素C，引起精子凋亡[34]。

（四）细胞因子可抑制睾酮生成

睾酮对精子发生和精子功能的维持必不可少。当机体处于感染、精索静脉曲张、高温、肥胖等病理条件下时，除了男性生殖道局部细胞因子水平升高外，患者血清促炎细胞因子水平亦会增加。研究显示[36]，男性高睾酮状态下，常有血清抗炎因子IL-10的升高和促炎因子IL-6、TNF-α和IL-1β的降低。用TNF-α体外处理Leydig细胞1～2小时后，以及对成年小鼠给予TNF-α6小时后，培养液和小鼠血清睾酮水平均明显降低[37]。进一步研究显示[37]，TNF-α可通过激活核因子kappa B（NF-kB），进而抑制孤核受体的反式激活，抑制类固醇激素的合成，或者通过JNK/ERK的MAP激酶途径激活核受体家族成员DAX-1发挥抑制类固醇激素合成的作用。睾酮缺乏与炎症细胞因子水平升高有关，而补充睾酮可降低炎症细胞因子水平，故循环细胞因子对男性生育的影响可能与抑制睾酮生成有关。

（五）细胞因子对睾丸免疫耐受的影响

调节性T细胞（Tregs）介导对自身抗原的耐受性，维持免疫稳态；抑制性细胞因子包括IL-10、IL-35和TGF-β在维持睾丸对自身抗原的耐受性，避免自身免疫性疾病发生中发挥重要作用。当睾丸发生感染、创伤或炎症时，一些促炎细胞因子如TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-17、IL-23和Fas配体可破坏睾丸免疫抑制环境，活化自身反应性T细胞，从而破坏睾丸免疫耐受机制，引起自身免疫性睾丸炎，导致精子活力降低和血-睾屏障通透性增加[38]。另外，VC患者抗精子抗体（ASA）的发生与睾丸组织促炎细胞因子如IL-1和TNF-α水平的异常增加有关，提示睾丸免疫微环境障碍可导致不可逆的睾丸损害[39]。

五、结语

细胞因子在生殖系统中起着重要的调节作用，且这种作用是相互的。各种细胞因子之间存在拮抗或协同作用，因而单看一种细胞因子并不能反映某一疾病的整体情况，多种细胞因子联合检测可以更好地反映疾病状态。然而，目前精浆细胞因子的检测方法仍有待改善，方法的标准化和质量控制有待建立。正常生育男性精浆中各细胞因子水平如何？以及不同细胞因子对男科疾病或特定精子异常的诊断价值如何？仍需在标准化检测方法建立的基础上进行大样本、多中心的临床研究。细胞因子可以通过促进ROS和一氧化氮的增加，而降低精子质量，ROS的增加又可反过来促进细胞因子的进一步增加，而加重精子损伤；细胞因子亦可通过特定的作用机制介导精子线粒体损伤和抑制睾酮合成。另外，细胞因子在维持睾丸的免疫耐受中亦起作用。由此可知，细胞因子可以通过多个途径影响精子质量，但每一个细胞因子的特定作用及影响精子质量的机制如何？以及不同细胞因子间如何相互作用的？这都有待未来进一步研究。

关键词细胞因子； 精液； 精子质量； 不育，男性

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2022.02.018

中图分类号R321.1； R698.2