线粒体DNA与精子异常

除了细胞核内有基因组外,线粒体内也有基因组,在线粒体中参与呼吸链的一些基因编码的蛋白对精子的生成及运动能力发挥着重要的作用。精子的质量和数量同时受到环境因素及遗传因素的影响,精子的线粒体在维持精子的正常生理功能中发挥着重要的作用,因为精子需要较多的三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)以维持其自身的运动活力。

线粒体是存在于真核细胞内负责能量代谢的细胞器。30年前,人类发现在人和动物的细胞内存在着第二套基因组——线粒体基因组。人类的线粒体DNA是由16 569bp双链环状的DNA分子所构成,他编码了2个rRNA,22个tRNA及13个多肽,4个呼吸酶复合物蛋白。线粒体DNA没有内含子,环状双链DNA转录和翻译成线粒体内所需要的功能蛋白。线粒体DNA突变的概率是细胞核内DNA突变的10~20倍。线粒体DNA更易突变的原因是其与呼吸链相邻很近,并且没有组蛋白及内含子有关。

男性射精后,精子需要大量的能量维持其快速的运动。氧化应激损伤或是自由基会导致线粒体内的基因发生不可逆的损伤和突变,进而导致男性不育。在精子的中段包含有70~80个线粒体,每个线粒体内有一个线粒体DNA的拷贝。

大约85%的精液标本含有不同程度的线粒体DNA的缺失,大部分精子存在2~7个线粒体DNA的缺失。线粒体DNA缺失中所谓的广泛缺失就是缺失4977bp DNA,这一现象在线粒体DNA缺失中很常见。在不育患者运动力差的精子中发现了一些点突变,2003年在COⅡ基因(编码截短蛋白)中发现了2bp大小的缺失,2001年在男性线粒体DNA中发现了最为常见的碱基替换突变,9055和11 719位碱基发生了替换突变,患者精子活力明显下降。

目前发现的线粒体DNA的突变仅仅是冰山一角。受精时,精子需要充足的能力尽可能快的到达输卵管,因此负责能量代谢的线粒体必定在人类生育过程中发挥着重要作用。现在越来越多的证据表明精子中线粒体DNA的异常会导致男性不育。线粒体DNA点突变及缺失可能是精子质量差的主要原因。在不育患者的精子中发现了线粒体DNA的少量缺失。以上这些说明线粒体DNA的这些突变主要是通过影响精子的活力而导致不育。

在不育患者的精子中,可以看到大量的精子凋亡,包括Fas表达、活性氧(ROS)产生、caspases活化、DNA碎片、线粒体膜电位下降等。研究发现线粒体DNA中大量的A3243G突变与低的精子运动活力密切相关。

最近的研究发现线粒体内DNA的重排及细胞核内参与线粒体内DNA转录的相关的转录因子(TFAM)及转录酶(PolG)也与精子的形成有关,重排可能是导致精子功能障碍的一个原因,转录因子及转录酶的缺乏将导致男性不育。

可以通过PCR技术检测线粒体内DNA的基因是否有突变及缺失。不育的患者可以考虑辅助生殖技术进行治疗。

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