李德干

隨著工業(yè)化的發(fā)展,環(huán)境越來越惡化,嚴重地危害了人類的健康。環(huán)境中一些化學(xué)、物理、微生物等污染源正嚴重地影響著男性的生殖健康,直接或間接地導(dǎo)致男性不育,影響精子的發(fā)生成熟。本文就影響精子發(fā)生過程中生精細胞凋亡的外界因素綜述如下。

1 化學(xué)物質(zhì)

1.1 雙酚 A 雙酚 A是生產(chǎn)環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯的主要原料之一,廣泛應(yīng)用于人類的生產(chǎn)生活中,如:塑料制品、嬰兒用品、牙齒填充物等。隨著上述用品的大量使用,雙酚 A對環(huán)境造成的污染也日益嚴重。已有研究發(fā)現(xiàn),雙酚 A對動物的生殖發(fā)育、遺傳物質(zhì)、免疫系統(tǒng)等均有毒性作用[1-2]。劉基芳等[2]通過測定睪丸細胞的周期等方式發(fā)現(xiàn),雙酚 A對雄性小鼠生殖細胞有促凋亡作用。桂紅軍等[3]曾按 25mg/(kg?bw)雙酚 A給青春期大鼠腹腔注射染毒,8周后,發(fā)現(xiàn)附睪/體質(zhì)量比值沒有明顯變化,卻出現(xiàn)了睪丸/體質(zhì)量比值升高的情況。而 Takahashi和 Oishif等[4]用含 0.25%雙酚 A的飼料分別喂飼成年大鼠和小鼠各 8周,未出現(xiàn)生殖毒性;但經(jīng)皮下注射200mg/(kg?d)雙酚 A,連續(xù) 4周后,出現(xiàn)了試驗大鼠的睪丸、附睪重量減輕的現(xiàn)象,并降低睪丸每日精子產(chǎn)量。羅冬梅[5]研究表明,雙酚 A染毒組 SPF雄性 SD大鼠睪丸組織曲細精管的各級生精細胞、支持細胞內(nèi) Bax的表達量均顯著比對照組高,而 Bcl-2的表達量則顯著比對照組低,這說明雙酚 A對雄性 SD大鼠的生殖毒性作用不僅在于可引起睪丸生殖細胞的變性和壞死,還可以促進和加速睪丸生殖細胞的凋亡。

1.2 甲醛 甲醛是一種已知致癌、致細胞突變的物質(zhì),有一定的遺傳毒性[6]。研究表明生精細胞發(fā)生凋亡最常見的形態(tài)變化是細胞核染色質(zhì)濃縮[7]。董杰影等[8-9]用 0.2mg/kg、2mg/kg、20mg/kg甲醛腹腔注射,1次 /d,連續(xù) 5d,第6天用免疫組化法測定小鼠睪丸生精細胞的 Bcl-2、Bax蛋白表達率;用電鏡觀察小鼠睪丸生精細胞超微結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果顯示,小鼠睪丸生精細胞的 Bcl-2蛋白表達率明顯低于對照組,差異有顯著性 (P＜0.05),Bax蛋白表達率明顯高于對照組,差異有顯著性 (P＜0.05);用電鏡觀察結(jié)果顯示,對照組的小鼠生精細胞的超微結(jié)構(gòu),核內(nèi)以常染色質(zhì)為主,核膜光滑,線粒體完整,胞漿內(nèi)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)達;0.2mg/kg劑量組睪丸生精細胞形態(tài)發(fā)生變化,染色質(zhì)輕度濃集,核膜模糊,胞漿中線粒體、內(nèi)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)完整;甲醛對小鼠生精細胞 Bcl-2、Bax蛋白表達及超微結(jié)構(gòu)改變的影響細胞形態(tài)發(fā)生變化,染色質(zhì)輕度濃集,核膜模糊,胞漿中線粒體、內(nèi)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)完整;2mg/kg組的細胞核結(jié)構(gòu)進一步受損,表現(xiàn)為染色質(zhì)濃集成塊,染色深,核膜進一步模糊,線粒體凝集,內(nèi)嵴殘缺;而 20mg/kg組的電鏡結(jié)構(gòu)為核內(nèi)染色質(zhì)發(fā)生溶解,細胞核的核膜皺縮,線粒體濃縮,內(nèi)嵴模糊,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)脫粒現(xiàn)象。從三種劑量組細胞超微結(jié)構(gòu)來看,甲醛的作用主要造成染色質(zhì)的濃縮和線粒體的損傷,表現(xiàn)為核染色質(zhì)的濃縮或溶解以及線粒體的腫脹和凝集。甲醛可造成機體內(nèi)生殖細胞的 DNA損傷,還可通過抑制 bcl-2、增加 bax的表達而誘導(dǎo)細胞凋亡,從而影響生殖細胞。

1.3 多氯聯(lián)苯 多氯聯(lián)苯是廣泛存在于自然界中的環(huán)境類激素化合物,大量研究表明多氯聯(lián)苯能顯著干擾類固醇激素的生理功能從而嚴重影響機體的生長發(fā)育。(1)多氯聯(lián)苯具有降低甲狀腺的功能,Anbalagan等[10]用 PCB分別作用大鼠 15、30d后,血清中 T3、T4水平降低,這可能影響睪丸的生長、發(fā)育。(2)Fukuzawa等[11]用不同濃度的多氯聯(lián)苯作用體外培養(yǎng)的新生小鼠睪丸組織,結(jié)果表明,Cyp1A1的水平呈劑量依賴性增高,P450 sccmRNA水平顯著下調(diào),而 P450C17mRNA水平明顯升高,這表明多氯聯(lián)苯能直接影響類固醇酶基因的表達。(3)Raychoudhury等[12]通過體外培養(yǎng)支持細胞的方法發(fā)現(xiàn)多氯聯(lián)苯能直接對支持細胞產(chǎn)生毒性作用。以上結(jié)果提示在睪丸組織中最易受多氯聯(lián)苯損傷的細胞是精原細胞、精母細胞及支持細胞。常德輝等[13]研究表明,不同劑量的 PCB對睪丸精原細胞、精母細胞 bcl-2表達有不同的影響,提示低劑量PCB誘導(dǎo)睪丸 bcl-2表達可能是睪丸精原細胞、精母細胞通過抗細胞凋亡的方式保護其發(fā)生凋亡,但高劑量組 bcl-2表達的下降表明睪丸精原細胞、精母細胞開始發(fā)生凋亡。

1.4 氟 近年來,隨著國內(nèi)外對地方性氟中毒研究的日益深入,人們逐漸開始關(guān)注氟對雄性生殖系統(tǒng)的影響。有研究表明,從飲水中攝入過量氟可以導(dǎo)致雄性大鼠生殖系統(tǒng)多方面的損害。另一方面,有關(guān)氟與細胞凋亡近年來也進行了廣泛的研究。崔留欣[14]等通過實驗腹腔注射氟化鈉建立氟中毒動物模型,發(fā)現(xiàn)氟有致大鼠生精細胞凋亡效應(yīng)。

許多殺蟲劑都有生殖毒性,如 DDT、二溴氯丙烷、二溴乙烷、二硫化碳、有機磷、敵敵畏、林丹等,都已證明對男性生精細胞凋亡的正常過程有著某些影響。同時一些臨床藥物也會影響男性精子的生成,呋喃西林、呋喃妥因、硫代水楊酸鈉、秋水仙堿和阿司匹林等解熱鎮(zhèn)痛抗炎類藥物也可引起精子生成減少,甚至可致不育。尤其是一些抗腫瘤的化療藥物,如白消安、環(huán)磷酰胺、長春花生物堿、苯丁酸氮芥、順氯氨鉑等,由于男性性腺對這些藥物最為敏感,首當(dāng)其沖受損的是精原細胞。還有鄰苯二甲酸酯、丙烯氰、氯乙烯、棉子酚、甲苯、乙烷、乙二醇乙醚等一些有機化合物質(zhì),對男性生殖功能有著潛在的危害性,影響精子產(chǎn)生[15]。

2 重金屬

汞在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中汞是普遍應(yīng)用的一種重金屬,汞的生殖毒性已相當(dāng)重視,分別從睪丸和附睪臟器系數(shù)、曲細精管面積變化[16-17],睪丸生殖細胞的 DNA損傷[18],睪丸細胞酶活性的變化[19]等方面做了系統(tǒng)的研究,表明汞具有明顯的生殖毒性;氯化汞可引起小鼠生精細胞 Bcl-2蛋白表達減少和 Bax蛋白表達增加,導(dǎo)致細胞凋亡;并且氯化汞可致小鼠生精細胞和精子超微結(jié)構(gòu)發(fā)生病理性改變,高劑量氯化汞還可導(dǎo)致細胞壞死。環(huán)境中存在超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的鎘、鉛、鉻、鎳、等金屬元素,均可干擾精子的正常形成,促進生精細胞的凋亡[20-21];另像鋅、錳、硒等微量元素的缺乏或者過高也可誘發(fā)的生精細胞凋亡,導(dǎo)致男性的少精子癥。

3 低氧

研究發(fā)現(xiàn)高原低氧引起精液中精子數(shù)量下降,睪丸內(nèi)精子發(fā)生過程受到抑制[22]。這與精子在其發(fā)生過程中容易受到低氧的脅迫有關(guān),是由睪丸生殖細胞的高代謝與氧供距離相對較長的特點所決定的。此外,機體處于低氧狀態(tài)時,往往優(yōu)先保障心腦等重要器官,而睪丸的血供卻顯著下降,從而加重了生殖細胞缺氧,使生殖細胞容易受到損傷[23]。廖衛(wèi)公等[24]發(fā)現(xiàn)低氧時凋亡的生殖細胞以精原細胞和精母細胞為主,支持細胞、精子細胞和精子的凋亡少見。低氧大鼠睪丸內(nèi)生殖細胞發(fā)生凋亡的生精小管數(shù)量顯著增多,這將會引起睪丸內(nèi)精子和精子細胞生成減少。低氧誘導(dǎo)大鼠睪丸生殖細胞凋亡增多,慢性低氧引起的睪丸生殖細胞凋亡增多與 Bax表達增加有關(guān)。

4 電離輻射

睪丸生精細胞對電離輻射非常敏感,低劑量照射即可誘導(dǎo)精原細胞數(shù)量減少,很低劑量就可以誘導(dǎo)生精細胞凋亡,而且這種凋亡主要以有絲分裂前期的精原細胞和精母細胞為主,很少累及精子細胞和精子,具有重要遺傳學(xué)義。劉光偉[25]等研究結(jié)果表明,低劑量電離輻射誘導(dǎo)生精細胞凋亡具有明顯的細胞種類選擇性,主要以精原細胞和精母細胞為主,很少累及精子細胞和精子,而且隨照射劑量增加,生精細胞凋亡明顯增加,有研究發(fā)現(xiàn),電離輻射誘導(dǎo)精原細胞、精母細胞凋亡可能與 p53途徑有關(guān)。另外,像無線電、電腦、廣播、電視通訊、雷達探測、工業(yè)加熱和理療等電子設(shè)備均可產(chǎn)生不同頻率和功率的電磁輻射,這些非電離輻射也能引起機體內(nèi)大分子和亞細胞結(jié)構(gòu)的生物學(xué)改變。

5 溫度變化

精子發(fā)生對溫度變化非常敏感。睪丸溫度較腹腔低 2℃～3℃,這種低溫條件為睪丸的發(fā)育和功能提供最適環(huán)境。睪丸溫度稍微升高例如隱睪癥精子發(fā)生則遭受破壞,隱睪內(nèi)的生精細胞發(fā)生異常凋亡。熱刺激引起 Sertoli細胞、精原細胞和精母細胞核內(nèi) HSP27和 HSP90蛋白表達增高,HSP70-1和 HSP70-3也在精母細胞中表達增高;周新昌等[26-27]研究發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)激和超生理劑量睪酮能夠誘導(dǎo)生精細胞出現(xiàn)凋亡信號,它分別于處理后第5天和第30天達到最強,表明熱應(yīng)激和睪酮干擾精子發(fā)生可能是通過生精細胞凋亡的方式來實現(xiàn)的。

6 病原微生物感染

弓形蟲是寄生于人和動物組織細胞內(nèi)的原蟲,可寄生于睪丸組織的生精細胞,引起生精細胞嚴重脫落和精子的多種畸形(如卷尾,頭尾折角等),對男性生殖健康造成影響[28-29]。周永華等[30]研究發(fā)現(xiàn)弓形蟲感染可致生精細胞的脫落、壞死與凋亡機制有關(guān)。除了上述幾種主要因素外,近年研究表明沙眼衣原體、解脲支原體等病原微生物感染生殖道也可引起精子的凋亡,這為人們研究生精細胞的凋亡開辟了新的視野。

7 結(jié)語

生精細胞的凋亡可以維持精子發(fā)生過程的動態(tài)平衡。凋亡的誘發(fā)因素很多,但有些外在因素過多時會嚴重影響生精細胞的凋亡過程,弄清一些相關(guān)的外在因素影響生精細胞增殖和凋亡的機制,對指導(dǎo)人民生活,生產(chǎn),衛(wèi)生保健有著重要意義,更有直接重大意義的是為男性不育癥的治療及探索男性節(jié)育新途徑奠定理論基礎(chǔ)。

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