馬 珂 田 稼 馬良宏

1.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院（寧夏銀川 750004）；2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院寧夏人類(lèi)精子庫(kù)；3.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院泌尿外科；4.寧夏醫(yī)科大學(xué)生育力保持教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

男性不育是由多種因素（男性精子形成、發(fā)育、成熟障礙或精子輸出受阻）導(dǎo)致的，育齡夫婦有正常性生活，且未采用任何避孕措施，婚后1年不能受孕的男性因素的總稱(chēng)[1]。目前據(jù)WHO統(tǒng)計(jì)，世界約有15%育齡夫婦不能生育，男性因素至少占50%[2]。

一、目前男性不育致病因素研究進(jìn)展

男性不育最常由精子發(fā)生障礙引起，臨床上稱(chēng)為少精子癥或無(wú)精子癥。男性不育致病因素復(fù)雜（見(jiàn)圖1），目前已知的主要因素包括遺傳因素、抗精子抗體、感染、內(nèi)分泌因素、疾病、鋅缺乏、環(huán)境、飲食和吸煙等[3]。但以上各種因素引起少弱精癥或無(wú)精子癥的機(jī)制尚未完全闡明。目前導(dǎo)致男性不育的機(jī)制主要有以下三種：（1）諸多研究表明這些因素與生精細(xì)胞的增殖與凋亡失衡有關(guān)。凋亡是細(xì)胞主動(dòng)退化的一種機(jī)制，生精過(guò)程中細(xì)胞凋亡對(duì)維持正常的精子生成至關(guān)重要，該過(guò)程的失衡可能是導(dǎo)致少精子癥、非梗阻性無(wú)精子癥的重要機(jī)制之一；（2）一部分因素通過(guò)影響生精細(xì)胞或精子體內(nèi)的能量代謝通路，使其體內(nèi)能量代謝異常，進(jìn)而引起弱精子癥而致男性不育；（3）一部分因素如睪丸炎癥等可以通過(guò)影響精子從形成到射出的輸出的通道阻塞而致梗阻性無(wú)精子癥導(dǎo)致男性不育。根據(jù)這些因素作用機(jī)制大致可分為精前性、精子性及精后性。除此之外男性不育患者中約有1/3的患者無(wú)明確病因，這部分患者稱(chēng)為特發(fā)性男性不育癥者。

圖1 男性不育相關(guān)因素致病過(guò)程模式圖

二、遺傳因素與男性不育相關(guān)性研究進(jìn)展

精子的發(fā)生是一個(gè)受到精細(xì)調(diào)節(jié)的眾多基因共同參與的復(fù)雜而有序的過(guò)程。研究表明，在少精子癥、弱精子癥及非梗阻性無(wú)精子癥發(fā)生的因素中，遺傳因素占到了大約30%，這其中包括基因突變和染色體異常[4]。無(wú)精子癥（或嚴(yán)重的少精子癥）最常見(jiàn)的遺傳因素是克氏綜合征（47，XXY）、染色體結(jié)構(gòu)異常（例如易位）或Y染色體長(zhǎng)臂上AZF區(qū)域的微缺失。染色體核型異常，與精子生成相關(guān)的基因缺失、突變或表達(dá)異常，都可能導(dǎo)致精子生成障礙，形成少精子癥、弱精子癥或無(wú)精子癥，最終導(dǎo)致男性不育。

（一）性染色體與男性不育

人類(lèi)有23對(duì)染色體，正常男性性染色體核型為46，XY。目前研究發(fā)現(xiàn)人類(lèi)23對(duì)染色體的結(jié)構(gòu)、數(shù)量均與生殖發(fā)育密切相關(guān)。

X、Y染色體作為決定性別發(fā)育的重要染色體，染色體上有決定性腺發(fā)育成熟和生殖細(xì)胞形成的重要基因。X、Y染色體的數(shù)量、結(jié)構(gòu)變化往往直接決定了個(gè)體性發(fā)育成熟以及生殖細(xì)胞、胚胎的發(fā)育與結(jié)局，因此目前X、Y染色體結(jié)構(gòu)、數(shù)量變化及其基因仍是學(xué)術(shù)界研究男性不育的重點(diǎn)（圖2）。

人類(lèi)Y染色體大約長(zhǎng)60 Mb，有擬常染色體區(qū)(pseudoautosomal regions，PARs)和男性特異性區(qū)域(male-specific region of the Y chromosome，MSY)。擬常染色體區(qū)位于Y染色體兩端，在減數(shù)分裂過(guò)程中可與X染色體發(fā)生重組，男性特異性區(qū)域約占Y染色體總長(zhǎng)的95%，由異染色質(zhì)序列以及3類(lèi)常染色質(zhì)序列拼接而成[5]。

圖2 性染色體與男性不育基因

Li等[6]通過(guò)對(duì)我國(guó)東北4659位特發(fā)性不育患者的研究，發(fā)現(xiàn)其中412位患者存在染色體異常，其中性染色體異常314(6.74%)例；常染色體異常98(2.10%)例，染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常分別占到259(62.86%)例和153(37.14%)例，其中常見(jiàn)的性染色體核型異常為：46,XX、47,XYY和45,X/46,XY。

1.Y染色體異常與男性不育 男性不育患者中，有10%～15%的非梗阻性無(wú)精子癥和5%～10%的嚴(yán)重少精子癥由Y染色體微缺失引起[7]，Y染色體長(zhǎng)臂(Yq11)常染色質(zhì)區(qū)存在精子發(fā)生相關(guān)基因，稱(chēng)為無(wú)精子因子(azoospermia factor,AZF)。該因子通常與少精子癥有關(guān)，尤其是無(wú)精子癥，是男性不育的第二大常見(jiàn)遺傳病因。AZF分為AZFa、AZFb和AZFc 3個(gè)區(qū)域，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這3個(gè)區(qū)域內(nèi)至少有15個(gè)與精子發(fā)生相關(guān)的基因。這些區(qū)域含有基因和轉(zhuǎn)錄單位，其中大多數(shù)呈現(xiàn)特定的睪丸表達(dá)，也是目前研究發(fā)現(xiàn)與嚴(yán)重少精子癥、非梗阻性無(wú)精子癥發(fā)生最常見(jiàn)的染色體微缺失區(qū)域[8-10]。

除了已報(bào)道的3個(gè)區(qū)域外，在AZFb和AZFc區(qū)之間重復(fù)區(qū)域也存在STS片段的丟失，有學(xué)者將這個(gè)區(qū)域命名為AZFd區(qū)，主要包括sY145位點(diǎn)，AZFd是否存在，目前仍有爭(zhēng)議，最新修訂的2014年版歐洲男科指南將sY145單獨(dú)列出[11]。AZF缺失的類(lèi)型和臨床表型豐富多樣。中國(guó)人無(wú)精子癥和嚴(yán)重少精子癥患者Y染色體微缺失率約為6.59%，其中AZFc區(qū)和AZFb+c+sY145區(qū)缺失最為常見(jiàn)[12]。

Y染色體微缺失的相對(duì)高發(fā)生率與其結(jié)構(gòu)相關(guān)。它富含高度重復(fù)的序列（包括直接重復(fù)序列，反向重復(fù)序列和回文序列）和高度多態(tài)性，這使得長(zhǎng)臂特別容易受到通過(guò)具有升高序列同源性的區(qū)域之間的染色體內(nèi)同源重組而出現(xiàn)的缺失[13]。

無(wú)精子缺失基因（DAZ），位于AZFc區(qū)域，是第一個(gè)被確定為導(dǎo)致人類(lèi)無(wú)精子癥的基因，在睪丸特異性表達(dá)[14]。它編碼366個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，含有具有RNA結(jié)合功能的RNP/RRM結(jié)構(gòu)域和7個(gè)串聯(lián)重復(fù)的14個(gè)殘基[15]。

RNA結(jié)合基序基因（RBMY），位于AZFb區(qū)域，編碼RNA結(jié)合蛋白（同DAZ），在胎兒、青少年和成人睪丸生殖細(xì)胞中特異性表達(dá)，但在體細(xì)胞如Sertoli細(xì)胞中不表達(dá)。RBMY缺失與生殖細(xì)胞分化有關(guān)，主要影響早期減數(shù)分裂[16]。

USP9Y基因，位于AZFa區(qū)域，該基因缺失會(huì)導(dǎo)致移碼和缺乏外顯子7，導(dǎo)致蛋白質(zhì)水平降低約90%[17]。

最近發(fā)現(xiàn)了AZF區(qū)一些較小的缺失，例如AZFc區(qū)域的拷貝數(shù)變異(CNVs)（主要是gr/gr缺失[18]），可能與生精障礙有關(guān)，盡管這種情況也可能在正常精子男性中發(fā)現(xiàn)[19]；b2/b3缺失與精子發(fā)生障礙也有關(guān)聯(lián)[20]。Y染色體微缺失還與試管嬰兒胚胎質(zhì)量差、神經(jīng)精神類(lèi)疾病、腫瘤存在相關(guān)性[21,22]。

2.X染色體異常與男性不育的關(guān)系 到目前為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)4種主要的X染色體畸變：（1）在克氏綜合征中發(fā)現(xiàn)的X染色體的非整倍性 （47，XXY或其他X染色體的鑲嵌性）。（2）涉及X染色體的易位，例如非綜合性46，XX性睪丸性發(fā)育障礙（XX-男性綜合征）或X-常染色體易位[23]。 （3）CNVs影響 X 染色體。 （4）點(diǎn)突變破壞X染色體基因[24]。

克氏綜合征：是男性不育最常見(jiàn)的核型異常。不育男性中的KS患病率非常高：嚴(yán)重少精子癥患者高達(dá)5%，無(wú)精子癥患者高達(dá)10%。在80%的病例中，KS的核型是47，XXY。剩余患者呈現(xiàn)更多的非整倍體，例如48，XXXY或49，XXXXY，其特征是更嚴(yán)重的臨床形式。過(guò)多的性染色體源于精子發(fā)生和卵子發(fā)生過(guò)程中，父母配子的錯(cuò)誤分離，主要是不正確的減數(shù)分裂造成的[25]。

減數(shù)分裂在產(chǎn)生生物多樣性和支持物種生存方面發(fā)揮著作用，參與染色體交換和DNA重組的許多減數(shù)分裂蛋白在進(jìn)化中高度保守。減數(shù)分裂的改變會(huì)破壞配子體發(fā)生，導(dǎo)致部分或完全的不育。位于X染色體上的TEX11部分缺失，可以導(dǎo)致減數(shù)分裂停滯，這意味著前體細(xì)胞不能進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p數(shù)分裂。這是與X染色體上的基因有關(guān)的男性不育的第一個(gè)主要遺傳原因[26]。

雄激素受體（androgen receptor,AR）基因位于X染色體長(zhǎng)臂上（Xq11-12）[27]，由8個(gè)外顯子組成，編碼4個(gè)功能性區(qū)域：N-末端轉(zhuǎn)錄區(qū) (外顯子1)、DNA結(jié)合區(qū)(外顯子2和3)、鉸鏈區(qū)、配體結(jié)合區(qū)(外顯子4-8)，編碼919個(gè)氨基酸殘基的蛋白質(zhì)[28]。突變會(huì)引起雄激素不敏感綜合征（AIS）并導(dǎo)致少精子癥或無(wú)精子癥[29]。AR基因外顯子1是目前研究的熱點(diǎn)，外顯子1突變會(huì)導(dǎo)致其轉(zhuǎn)錄激活效能降低，減弱AR對(duì)靶基因的表達(dá)調(diào)節(jié)，使精子發(fā)生過(guò)程改變[30]。約2%～3%的無(wú)精子或嚴(yán)重少精子患者是由AR基因突變引起[31]。

ANOS1(以前稱(chēng)為KAL1)位于X染色體短臂上（Xq22,31），在促性腺激素釋放激素（GnRH）產(chǎn)生神經(jīng)元的遷移中起重要作用，突變會(huì)引起Kallmann綜合征導(dǎo)致低促性腺性功能減退癥和精子發(fā)生的改變[32]。

RHOX包含3個(gè)基因：RHOXF1,RHOXF2和RHOXF2B，它們?cè)谌祟?lèi)卵母細(xì)胞和雄性生殖細(xì)胞中選擇性表達(dá)[33,34]。RHOXF2/2B突變顯著損害了調(diào)節(jié)HSP70家族轉(zhuǎn)錄因子和伴侶等下游基因的能力[35,36]。此外，USP26的變異也與男性不育相關(guān)，但有些結(jié)果相互矛盾，仍需進(jìn)一步研究[37]。

（二）常染色體與男性不育

迄今為止，研究發(fā)現(xiàn)與少弱精子癥、無(wú)精子癥發(fā)生相關(guān)的基因不僅存在于性染色體上，在常染色體中也大量存在。

羅伯遜易位：發(fā)生于近端著絲粒染色體的一種易位形式。兩個(gè)近端著絲粒染色體于著絲?；蚋浇鼣嗔押?，導(dǎo)致兩條中心染色體長(zhǎng)臂融合 （D組染色體：13，14，15 和 G 組染色體：21，22eY）[38]，形成一條由長(zhǎng)臂構(gòu)成的衍生染色體。通常為雙著絲粒，丟失了相應(yīng)的短臂。在載體表型中無(wú)明顯變化，但可能導(dǎo)致睪丸體積和睪酮水平降低，影響精子發(fā)生或?qū)е绿核劳鯷39]。

CFTR基因：位于 7號(hào)染色體上（7q31.1-31.2），純合子形式引起囊性纖維化，是高加索人群中最常見(jiàn)和最嚴(yán)重的常染色體隱性疾病之一。CFTR表達(dá)的突變會(huì)引起男性先天性雙側(cè)輸精管缺失（CBAVD），導(dǎo)致阻塞性無(wú)精子癥[40]。

INSL3-RXFP2基因：INSL3的編碼基因位于19號(hào)染色體上，由兩個(gè)帶內(nèi)含子的外顯子組成。在患有隱睪癥的男性中，與這兩個(gè)基因突變相關(guān)的患病率約為4%～5%[41]。

SYCP3基因：位于12號(hào)染色體上（12q23），在睪丸中特異性表達(dá)。它編碼236個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，具有兩個(gè)卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域，是一種與生殖細(xì)胞減數(shù)分裂過(guò)程中涉及的突觸相關(guān)的DNA結(jié)合蛋白。突變引起減數(shù)分裂異常，造成卷曲螺旋結(jié)構(gòu)域腺苷堿基的缺失，導(dǎo)致移碼突變并出現(xiàn)早期終止密碼子，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)域不完整。對(duì)突變進(jìn)行功能分析，結(jié)果顯示變短的SYCP3幾乎沒(méi)有功能性蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用[42]。SYCP3突變通過(guò)男性減數(shù)分裂停滯和女性復(fù)發(fā)性妊娠引起無(wú)精子癥[43]。

此外，KLHL10突變會(huì)損害少精子癥患者的同源二聚化[44]；AURKC的純合子突變產(chǎn)生大頭多倍體精子[45]，均與男性不育相關(guān)。

（三）線(xiàn)粒體DNA異常與男性不育

精子活力是男性生育力的主要決定因素之一，精子中的線(xiàn)粒體是提供精子活力必需的細(xì)胞器。人類(lèi)mtDNA僅由沒(méi)有內(nèi)含子的外顯子組成。由于高轉(zhuǎn)換率，沒(méi)有校對(duì)或有效的DNA修復(fù)系統(tǒng)，缺乏組蛋白保護(hù)或DNA結(jié)合蛋白，mtDNA突變率比核DNA高10～100倍。線(xiàn)粒體DNA突變可能會(huì)減少ATP產(chǎn)生從而降低男性生育能力。線(xiàn)粒體DNA拷貝數(shù)也是線(xiàn)粒體遺傳變異和病理學(xué)的重要因素[46]。

研究表明，精液參數(shù)改變的患者mtDNA拷貝數(shù)顯著增加，mtDNA完整性顯著降低，活性氧（ROS）產(chǎn)生增加[47]。mtDNA的大規(guī)模缺失可能導(dǎo)致不完整的呼吸鏈的產(chǎn)生，這可能導(dǎo)致男性生育能力和精子活力的下降[48]。

最近有研究顯示mtDNA 4,977-bp缺失與精索靜脈曲張引起的不育相關(guān)，但有必要進(jìn)行進(jìn)一步研究[49]。

三、結(jié)語(yǔ)

男性不育的遺傳學(xué)研究是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域。尋找與男性不育致病相關(guān)的染色體、基因變化越來(lái)越受到研究界的重視。過(guò)去幾年的遺傳學(xué)關(guān)聯(lián)研究，基因突變篩查，動(dòng)物模型和基礎(chǔ)研究清楚地表明生精障礙和男性不育的高發(fā)病率。相信隨著研究的不斷深入，將會(huì)有更多的染色體、基因異常在男性不育致病方面的作用與機(jī)制被發(fā)現(xiàn)。這也將為進(jìn)一步闡明男性不育癥發(fā)病的遺傳因素提供重要的理論依據(jù)，同時(shí)也為男性不育癥的基因靶向治療提供思路。