男性生殖道抗氧化的防御机制

在男性生殖系统中,具有多种保护精子对抗ROS损伤作用的抗氧化酶和抗氧化物。附睾是精子成熟和储存的部位,也是生殖道中保护精子对抗氧化损伤的重要部位。目前已发现有多种抗氧化物和抗氧化酶的mRNA分布于附睾中。机体中的抗氧化酶起着最重要的抗氧化的防御作用,主要有SOD、各种过氧化物酶,如GPX、CAT和其他血红素蛋白过氧化物酶。这些酶不但协同防止ROS的损伤效应,而且相互间还起着保护作用。O2-•能灭活CAT和GPX,而SOD能使O2-•歧化生成H2O2,H2O2能灭活CuZn-SOD,而CAT和GPX则能催化H2O2生成H2O和O2。SOD保护CAT和GPX免受O2-•灭活,同时CAT和GPX保护CuZn-SOD不被H2O2灭活。因此,一旦在这相互保护系统中某一成员的减弱或减少,整个酶性保护系统作为一个整体也会受到影响,甚至导致不可逆性的细胞损伤。抗氧化网络体系使精子在一定精浆水平下保持基础的抗氧化物酶的浓度。精液的防御机制主要在于精子获得受精能力之前,保持必要的功能状态,直至从女性生殖道排出。

抗氧化酶

有机体内的抗氧化酶有多种体系,但都具有一些共同特点:在不同物种、不同组织细胞内的含量及活性有高度特异性;有专门的亚细胞定位;酶活性中心一般含有特殊离子,如铜离子、硒离子等;可协同发挥抗氧化作用,且相互之间还具有保护作用。比较重要的抗氧化酶有:

一、SOD:按酶活性中心金属辅基成分的不同分为Cu-ZnSOD、MnSOD和FeSOD,三种酶均可催化O2-•歧化为H2O2和O2

二、CAT:CAT由四个肽链组成,每条肽链都有一个血红素(Fe3+-原卟啉)结合在肽链的活性中心部位作为辅基。CAT存在于红细胞或某些组织细胞的过氧化物酶体内,催化H2O2分解为H2O和O2,避免红细胞内的H2O2将血红蛋白氧化成高铁血红蛋白或产生其他危害更大的ROS。

三、硒谷胱甘肽过氧化物酶(selenium dependent glutathione peroxidase,SeGSH-Px):SeGSH-Px与CAT结构相似,也是四聚体蛋白,但是其亚基的金属辅基为原子硒。SeGSH-Px主要分布在胞质和线粒体的基质中,在清除H2O2方面与CAT有协同作用。精子中CAT较少但SeGSH-Px较多。

四、谷胱甘肽转硫酶(glutathione-S-transferase,GST):GST又叫不含硒谷胱甘肽过氧化物酶,是一种多功能酶,和SeGSHPx有协同作用,在睾丸中活性较高。

抗氧化物

除了抗氧化酶之外,保护精子免遭ROS损伤还有一些抗氧化物。人体内的抗氧化物分为脂溶性和水溶性,前者有VE、类胡萝卜素及泛醌,主要存在于细胞膜上;后者代表为VC,主要在组织液中,常常是机体抗氧化的第一道防线。

一、VE:VE又称生育酚,生育酚酯的形式没有活性,只有水解后才显示抗氧化活性。按其分子结构中甲基数量及位置的不同分为α、β、γ、δ四种形式,其中α-生育酚生理活性最高。在动物界,VE几乎只存在于细胞膜、脂肪细胞脂滴和循环的脂蛋白中。在膜中其侧链与PUFA的碳氢链紧靠,而其苯并二氢吡喃环同PUFA结合的磷脂的极性基团形成复合物,末端伸向膜表面起着保护作用。在细胞中VE主要存在于线粒体和微粒体中。VE不但是1 O2和O2-•的清除剂,而且更重要的是脂质过氧化作用的阻断剂。VE是一种脂溶性维生素,主要在细胞膜内起作用。清除自由基时,本身捕捉自由基而形成生育酚半醌自由基,可有效地终止自由基引起的脂质过氧化的链式反应,是一种链阻断式抗氧化物。

二、VC:VC又称抗坏血酸,是一种高效水溶性ROS清除剂,在体内参与胶原合成,是脯氨酸羟化酶和赖氨酸羟化酶的辅助因子。VC最明显的化学活性是作为还原剂。VC提供一个电子生成半脱氢抗坏血酸自由基,其能被进一步氧化生成脱氢抗坏血酸。它可有效清除•OH和O2-•,保护机体免受内源性ROS的损伤,其在精浆中含量是血清的9倍,同时在精子本身也存在可检测出的VC。更为重要地是,VC和α-生育酚自由基相偶联,即水溶性的维生素C与苯并二氢吡喃环伸向膜表面的膜中VE相偶联,使α-生育酚自由基还原成VE,间接地起着链阻断剂的作用。

三、谷胱甘肽(glutathiose,GSH):GSH是生物体内非蛋白性含巯基化合物中含量最多的物质。也是细胞合成的抗氧化剂,主要存在于细胞内,是细胞内重要的水溶性抗氧化剂。谷胱甘肽在生精上皮、附睾以及射出精液的精子中,起着重要的抗氧化防御作用。GSH可催化H2O2还原为H2O的反应,通过二硫化物的交替使部分蛋白质和酶SH保持还原状态,储备并在细胞之间转运半胱氨酸,以及保持VE和VC的还原状态。GSH本身也是重要的自由基清除剂。

四、褪黑素(melatonin,MLT):是普遍存在于生物体的一种吲哚胺类激素,在人类主要由松果体分泌。MLT具有广泛的生理作用,它能维持昼夜节律,促进睡眠,增强人体免疫功能,抑制肿瘤细胞生长,对生长发育、性功能和许多器官起调节作用。MLT以电子供体的形式直接清除O2-•、H2O2、•OH、1 O2以及脂质过氧化产生的脂质过氧化自由基(LOO•);抑制NO合成的关键酶—一氧化氮合酶(NOS)的活性,减少NO的生成;改变抗氧化酶的基因表达,提高抗氧化酶的mRNA水平;与VE、VC和GSH等小分子抗氧化物协同作用抑制自由基的产生。

五、辅酶Q:辅酶Q常用的名称为泛醌。多以还原形式(氢醌,CoQH2)存在,人类和哺乳动物是10个异戊烯单位,故又称辅酶Q10。它不但存在于线粒体、胞质中,还存在于质膜和微粒体、高尔基体等细胞器中的各种膜结构上。辅酶Q直接清除ROS,并对脂质过氧化有明显的抑制作用,还原型辅酶Q较氧化型的抑制作用更为明显,还可以作为生育酚自由基的还原剂和VE协同作用。除了对线粒体系统作用外,还能抑制由NADPH和ADP-Fe2+引发的微粒体的脂质过氧化作用。

六、类胡萝卜素:包括β-胡萝卜素和叶黄素。人体内主要是β-胡萝卜素,可以和ROS直接起反应,保护细胞免受OS的损伤。除了胡萝卜素外,其他胡萝卜素类物质如canthaxanthin和八氢番茄红素(phytoene)等都是自由基的有效猝灭剂,可抑制ROS的不良作用。

七、金属硫蛋白(metallothionein,MT):MT含有硫和半胱氨酸,可作为氢原子和电子供体存在,并可以通过转移氢原子直接清除自由基,以及能大量结合重金属离子,形成无毒或低毒的络合物。MT还可以抵抗自由基对免疫系统的抑制,增强精子DNA的修复作用。

八、中药成分:目前研究已证实,黄芪、枸杞、甘草、桃仁、人参等用于提高精子活力等功能的中药单方和复方,其提高精子活力的机制之一即为降低ROS和过氧化脂质水平,增强生殖系统抗氧化能力。阿魏酸是广泛存在于多种中药材中的物质,它能够抑制H2O2和O2-•引起的脂质过氧化反应,直接清除ROS。

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