精子与氧化应激

人体内所有的细胞都是直接或间接地依靠氧来提供能量,但氧代谢又使细胞存在着极大的用氧矛盾,一方面氧是能量产生的基础,另一方面代谢过程中,又会产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)。ROS是具有高反应性并具有氧化作用的物质,含有一个或多个不成对的原子或电子。包括超氧阴离子(O2-•)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(•OH)、单线态氧(1 O2)、一氧化氮(NO)等。ROS是一把双刃剑,一方面,在生理条件下,ROS产生与清除保持动态平衡,ROS处于未激活状态,保持较低水平,能够调节细胞正常功能。另一方面,ROS产生过多,或是机体的抗氧化防御能力的下降,导致氧化和抗氧化失衡,导致氧化应激(oxidative stress,OS),是体内许多的病理生理变化的基础。

人类的生殖细胞,也需要氧来提供能量,同样会产生ROS。如人类精子,最初的ROS是O2-•,为氧与其自身发生歧化反应的产物,在超氧化物岐化酶(SOD)的作用下,产生H2O2,H2O2和O2-•相互作用,能产生更有害的物质羟自由基。正常情况下,由于生殖系统内(如附睾)和精子自身具有的抗氧化物和抗氧化酶类的保护作用,以及精液射出体外后精浆中富含的抗氧化物和抗氧化酶的存在,使ROS的产生和清除处于一种平衡状态。抗氧化酶,如SOD、谷胱甘肽过氧化物酶/谷胱甘肽还原酶(GPX/GRD)系统、过氧化氢酶(CAT)等,另外精浆中还含有许多非酶的抗氧化物,如维生素C(VC)、尿酸、维生素E(VE)、丙酮酸盐、谷胱甘肽、牛磺酸、亚牛磺酸等。这种平衡能保持少量ROS的存在。生理条件下,ROS在精子生理方面起着重要作用,如O2-•、H2O2和NO与精子高度活跃运动、获能及顶体反应有关,ROS引起的脂质过氧化作用能促进精子与透明带结合的能力,以及ROS能增加蛋白的酪氨酸磷酸化,增加cAMP水平,增加酪氨酸激酶的活性,抑制酪氨酸磷酸酶。但是,精液中ROS产生过多,或者ROS水平超过机体的抗氧化防御能力或机体防御功能下降时,如生殖道处于炎症、损伤、缺血再灌注等病理状态或机体在环境污染、重金属、吸烟、酗酒等不良状态影响下,以及在施行人类辅助生殖技术中精子的准备、处理等多个环节中,均能导致氧化与抗氧化的失衡,产生OS。OS往往能造成细胞和组织器官的损伤,能引起一系列生殖系统病理生理的改变。

1943年,McLeod第一次证实在体外有氧条件下人精子会受到损害,活力减低,畸形精子增多,精卵结合能力下降。近年来研究证实,25%~40%的不育男性精液中的ROS的水平都较正常生育男性显著性增高,由于精子膜含有大量的多聚不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA),对于ROS的损害比较敏感,尤其是精子顶体和尾部,而且精子是人体内唯一不能自我修复氧化损伤的细胞,如果精子细胞质的抗氧化能力有限,细胞内抗氧化物酶不足以抵抗ROS的攻击,精子的氧化损伤就不可避免了。

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