大肠埃希菌感染对精子的影响

大肠埃希菌(Escherichia coli)在肠道内一般不致病,但当机体免疫力下降,或某些特殊菌株致病性强,或细菌侵入肠外组织或器官,则可引起肠道感染或肠外感染。肠外感染中以泌尿生殖系统感染较为常见,研究表明,大肠埃希菌是泌尿生殖系统非性传播疾病感染中最常见的致病菌,约占男性泌尿生殖系统细菌感染的65%~80%,其可通过多种途径影响精子功能,导致不育发生。

大肠埃希菌有关的微生物学

大肠埃希菌大小为(0.4~0.7)μm×(1~3)μm,有菌毛,大多数菌株有周身鞭毛,有些菌株有多糖包膜。Bartoov等从692例不育男性精液中分离出181株大肠埃希菌,大肠埃希菌的菌毛主要为I型菌毛(T1F+/P-),占97%。另外还有少量P型菌毛(T1F+/P+),约占15.8%。国内何正平等从234例不育男性精液中检出42株大肠埃希菌,I型菌毛占85.7%,P型菌毛占21.4%。Monga等亦发现大肠埃希菌的表面有I型菌毛和P型菌毛,前者的特异性受体糖类为甘露糖,引起精子头-头凝集,这种凝集能被甘露糖所抑制;后者的特异性受体糖类为gal-gal,引起精子尾-尾凝集,这种凝集能被gal-gal所抑制。

大肠埃希菌感

大肠埃希菌抗原主要有O、H和K3种,目前已发现的O抗原有170余种,H抗原在56种以上,K抗原在100种以上。Fowler等报道男性泌尿生殖道非淋病奈瑟菌细菌性感染中约80%系由大肠埃希菌引起。Bartoov等从不育男性精液中分离出的大肠埃希菌中,76.4%的菌株属于O1、O2、O4和O6等4种不同的血清型,其中O1占5.7%、O2占7.5%、O4占17.0%和O6占46.2%,而K1和K5抗原仅占12%。因此可见泌尿生殖道感染的大肠埃希菌的常见血清型是大肠埃希菌O6

大肠埃希菌对精子的影响及其机制

大肠埃希菌对精子的影响

早在1971年,Teague等就发现从男性泌尿生殖道和女性子宫颈分离出的活大肠埃希菌可明显凝集人精子,使其失去活动力。1975年,Del Porto等也发现大肠埃希菌能引起人精子活动率降低。Diemer等通过电镜观察发现大肠埃希菌可导致体外培养的精子超微结构变化,包括质膜及顶体膜受损,胞质内空泡形成等。研究表明,不同血清型的大肠埃希菌,特别是血清型为O6的大肠埃希菌在体外能引起人精子凝集,抑制精子运动,甚至杀死精子。因此生殖道被某些血清型的大肠埃希菌感染后,精子可被大肠埃希菌凝集而不能达到与卵子结合受孕。

另外,不同的大肠埃希菌与精子浓度比例,其对精子的影响程度亦不完全相同。Auroux等研究发现随细菌浓度的增加,其抑制精子运动能力的作用随之增强。

大肠埃希菌对精子影响的机制

一、菌毛的黏附作用

许多学者认为菌毛的黏附作用是大肠埃希菌致病的关键。Ofek等对含I型菌毛的大肠埃希菌K12株抽提物进行研究,证实抽提物溶液中含有一种可与甘露糖特异结合的配体。Bartoov等发现大肠埃希菌黏附人精子作用系由精子表面的甘露糖残基与大肠埃希菌表面的结合位点结合所致。Wolff等发现大肠埃希菌与精子以1∶1的比例混合时,约91%的精子发生凝集,即使以1∶20的比例混合时仍能观察到明显的精子凝集现象。通过电镜观察到大肠埃希菌主要吸附于人精子的头部和尾部,使精子发生凝集。他还通过对8种糖进行系统筛选,证实仅D-甘露糖和α-甲基-D-甘露糖(αMM)与大肠埃希菌预先孵育后可以完全阻断精子凝集,从而从另一个侧面证实大肠埃希菌-精子凝集现象系甘露糖所介导的。但不知为什么甘露糖酶处理精子后却不能阻断这种异源性凝集。Monga等发现大肠埃希菌表面的I型菌毛能引起精子凝集外,还发现P型菌毛也能引起精子凝集。因此可见大肠埃希菌在体外能通过其表面的I型菌毛和P型菌毛的黏附作用引起人精子凝集而抑制精子运动。

大肠埃希菌与人精子凝集具有可恢复性。在大肠埃希菌-精子凝集物中加入D-甘露糖或αMM后,凝集物均可被溶解,而且释放出的精子仍有较强的活动力,表明这种黏附作用是可逆的,且大肠埃希菌对人精子无明显的细胞毒作用。

二、孔蛋白(porin)的作用

Gorga等先发现革兰阴性细菌表面成分孔蛋白对人精子具有毒性,后又发现125I标记的大肠埃希菌外膜孔蛋白能结合于人精子。因此认为人精子存在结合大肠埃希菌外膜上某些蛋白(如孔蛋白)的位点。

三、弹性蛋白酶(elastase)的作用

Kaur等从不孕妇女宫颈中分离出的大肠埃希菌、枯草杆菌、铜绿假单胞菌及白色假丝酵母菌等微生物体外能抑制人、牛和鼠精子运动,并可使精子凝集。研究发现50%不孕妇女携带弹性蛋白酶阳性微生物,弹性蛋白酶阳性的微生物培养72h的上清液在与精子接触60min内即具有杀精子作用,而弹性蛋白酶阴性的微生物培养72h的上清液在与精子接触4~6h时才具有杀精子作用。上述微生物的抑制精子运动和凝集精子的活性随培养时间的延长而增强,人精子仅呈尾-尾凝集,而牛和鼠精子主要呈头-头凝集,并认为杀精子活性与弹性蛋白酶的作用有关。

四、毒素作用

某些大肠埃希菌在生长繁殖过程中可释放出外毒素,这种毒素被称为肠毒素(enterotoxin),存在于培养物上清液或无菌滤液中。按照肠毒素对热的稳定状态,可分为耐热肠毒素、不耐热肠毒素、Vero肠毒素和血管渗透因子等。其中大肠埃希菌O6就是属于致病性产肠毒素大肠埃希菌,但其肠毒素对精子作用的研究报告较少。Paulson等1977年报告大肠埃希菌培养滤液中含有一种低分子的精子制动因子。该因子对热、冰冻和冻干稳定,能引起精子制动,但不能杀死精子。然而,最近刘继红等采用计算机辅助的精子分析(computer-aided sperm analysis,CASA)方法对不同孵化时间的大肠埃希菌悬液、滤液和离心上清液体外对人前向运动精子的百分率影响进行研究,结果显示:不同孵化时间(6h内)的大肠埃希菌悬液在体外能引起人精子前向运动百分率显著降低,但其滤液和离心上清液体外对人精子无类似的作用。因此,可以认为大肠埃希菌在体外对精子的作用主要在于细菌本身,而非细菌外毒素的作用。另外,Auroux等研究亦未能证实大肠埃希菌内毒素对精子有作用。然而,最近智利学者Schulz等发现大肠埃希菌及其可溶性分泌因子均可明显导致精子线粒体膜电位下降,推测大肠埃希菌通过非直接接触的方式也可以影响精子功能,并认为可能与大肠埃希菌分泌的α-溶血素(α-hemolysin)及志贺样毒素(shigalike toxin)有关。

五、免疫作用

Saker等从大肠埃希菌、沙门菌和酵母菌中分离出Ⅰ型和Ⅱ型脂多糖,且证明Ⅱ型脂多糖与精子和胚囊发生交叉反应。张国芬等观察了引起泌尿道感染的14个血清型大肠埃希菌菌株与人精子抗原间的交叉反应,结果发现大肠埃希菌O6和O85与人精子有共同抗原,其抗血清能与人精子发生交叉凝集反应。然而Fowler和Mariano等认为大肠埃希菌在体内虽可黏附于精子表面,但并不能侵袭精子内层结构,因此并非均能产生针对大肠埃希菌表面结构的免疫应答。检测正常和不育男性精液中抗不同O血清型大肠埃希菌抗体IgA,并未发现IgA与不育症有相关性。

六、诱导凋亡作用

Villegas等将精子与大肠埃希菌共孵育60min后,通过V-FITC/PI荧光染色法对精子凋亡及活性氧(ROS)生成情况进行检测,发现大肠埃希菌可以明显诱导精子凋亡,并且该促凋亡作用无需外源性ROS参与。Schulz也证实大肠埃希菌可以明显降低线粒体膜电位(凋亡发生早期标记),但ROS生成并无明显增加。上述研究表明大肠埃希菌可通过不依赖ROS产生的途径诱导精子凋亡。

消除大肠埃希菌对精子影响的方法

物理方法

Teague和Wolff等研究发现体外煮沸大肠埃希菌可破坏其黏附人精子的活性。煮沸可能是破坏了大肠埃希菌表面具有蛋白质或糖蛋白特性的甘露糖结合位点。Wolff等将大肠埃希菌预先反复冻融或经超声处理形成的细菌碎片仍能使人精子凝集,经10 000r/min离心5min则可彻底去除细菌碎片中的凝集物质。刘继红等报告经煮沸和超声波杀菌处理后的大肠埃希菌O6悬液体外对人精子无凝集作用,对人前向运动精子百分率亦无影响。

抗生素

Diemer等研究发现氯霉素可消除大肠埃希菌体外对人精子的凝集作用。Wolff等还发现通过反复冻融或超声处理形成的细菌碎片仍能引起人精子凝集。文献报告甲氧苄氨嘧啶的最低抑菌浓度(MIC)为1μg/ml,而强力霉素的MIC为1.1μg/ml。刘继红等报告经5倍MIC的甲氧苄氨嘧啶和强力霉素对大肠埃希菌O6进行处理,细菌培养发现这些方法可完全杀灭大肠埃希菌O6,并发现经甲氧苄氨嘧啶和强力霉素杀菌处理后的大肠埃希菌O6悬液体外对人精子无凝集作用,对人前向运动精子百分率亦无影响。

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