王紀田，石拴霞，魏璐曉，宋誠，程耀萍,王玲*

世界衛(wèi)生組織(WHO)將不孕癥定義為育齡夫婦婚后在適當、定時、無保護性交的情況下12個月或更長時間女方未能成功懷孕，由男方原因造成女方不孕稱為不育癥[1]。據(jù)估計，不孕不育影響著全球8%～12%的夫婦，在我國約為10%，其中男性因素約占50%[2]。男性不育是一種由多種病因引起的多因素疾病，包括類固醇激素生成障礙、精子發(fā)生缺陷、精子DNA損傷和線粒體功能障礙等，通常表現(xiàn)為少、弱、畸形精子癥，最嚴重的是非梗阻性無精子癥，其中少弱精子癥是男方不育的常見原因，大約占男性不育的46%[3-4]。女性不孕因素主要包括輸卵管因素、排卵障礙和子宮性因素，其中排卵障礙約占不孕癥診斷的25%，70%無排卵的女性患有多囊卵巢綜合征(polycystic ovarian syndrome,PCOS)[5]。不孕不育的病因較多，發(fā)病機制復雜，迄今為止尚未完全解釋清楚。研究表明，神經酰胺(Cer)與鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate，S1P)作為脂質第二信使調節(jié)細胞內穩(wěn)態(tài)和細胞功能，鞘磷脂(sphingomyeline，SM)及其代謝產物也參與多種疾病(動脈粥樣硬化、阿爾茲海默病、癌癥等)的病理生理過程，近年來，鞘脂代謝在男性和女性生殖系統(tǒng)中的作用也成為國內外生物學領域的研究熱點，并取得了很大進展，特別是鞘脂代謝產物S1P和Cer，成為妊娠期信號轉導的新興分子。因此，如能探明鞘脂代謝在人類生殖系統(tǒng)中發(fā)揮的作用，將對不孕不育的診斷及治療有重大意義，具體內容綜述如下。

1 鞘脂代謝及其作用

鞘脂存在于所有真核細胞中，在細胞膜生物學和細胞內外信號轉導通路方面發(fā)揮重要的作用，包括SM、Cer、鞘氨醇(sphingosine,Sph)、S1P和神經酰胺-1-磷酸(ceramide-1-phosphate,C1P)[6]。Cer作為鞘脂代謝的中心樞紐，在哺乳動物細胞中主要有以下3種途徑合成[7-8]：其一，從頭合成途徑。在內質網中，絲氨酸和棕櫚酰CoA經絲氨酸棕櫚酰轉移酶催化形成3-氧二氫鞘氨醇，隨后迅速降解為二氫鞘氨醇，在神經酰胺合成酶作用下生成Cer；其二，鞘磷脂酶水解途徑。酸性或中性鞘磷脂酶水解SM生成Cer,其中酸性鞘磷脂酶的生物學活性約占鞘磷脂酶總活性的90%，是體內 Cer 生成最快、最直接的途徑；其三，補救合成途徑。通過復雜鞘脂(糖鞘脂等)分解代謝生成Sph，后經神經酰胺合成酶催化生成Cer。另外，Cer還可經Sph與脂肪酸合成途徑，以及C1P脫磷酸等途徑生成。Cer形成后進行如下代謝過程：① 通過神經酰胺激酶磷酸化生成C1P；② 在酸性神經酰胺酶的作用下生成Sph，后者在鞘氨醇激酶(sphingosine kinase，Sphk)的作用下被磷酸化為S1P；③在鞘磷脂合成酶(sphingomyelin synthase,SMS)作用下生成SM，該途徑合成的SM可作為Cer的惰性貯存池[9]。Cer作為重要的信號分子參與控制多種細胞活動，包括細胞凋亡、衰老、自噬等。相反，S1P作為G蛋白偶聯(lián)受體家族的配體，與不同G蛋白受體結合介導多種下游信號通路的激活，從而調節(jié)細胞存活、遷移和增殖，以及細胞骨架重組、縫隙連接形成和血管生成等,目前共鑒定出5種不同的S1P受體亞型，分別為S1P受體1-5(S1P receptor 1-5,S1PRs)。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠精子及人原代顆粒葉黃素細胞(hGLCs)中均有S1PR1、S1PR2、S1PR3及S1PR5的表達[10]。細胞內Cer與S1P之間的平衡，也被稱為Cer/S1P變阻器，對細胞的命運至關重要,是維持細胞增殖和分化的必要條件，也是維持鞘脂穩(wěn)態(tài)的重要貢獻者。另外，鞘脂除了是細胞膜的重要組成部分外，還可以通過脂質-脂質或脂質-蛋白代謝相互作用來調節(jié)細胞穩(wěn)態(tài)。

2 鞘脂代謝與男性不育

2.1 鞘脂代謝與男性弱精癥

脂質對哺乳動物精子生物學功能和完整性至關重要，SM作為細胞膜主要的脂質成分，在人精子中占胞膜總脂質的12.5%[11]。在哺乳動物精子膜結構中，SM和Cer含有很高比例的超長鏈(C24-C34)多不飽和脂肪酸 (VLC-PUFA)，精子頭部的SM幾乎只含有VLC-PUFA(文獻將其稱為V-SM)，而尾部的SM主要含有飽和脂肪酸，Cer主要集中在精子的尾部[12]。當SM被水解生成Cer時可增加精子獲能率，也可使精子頂體反應(acrosome reaction,AR)更加快速、劇烈，這有利于精卵融合，增加雄性動物的繁殖能力。文獻報道，精子膜中V-SM水平與精子計數(shù)和總運動計數(shù)呈正相關，較低水平的V-SM影響男性精子質量和數(shù)量[13]。Boguenet M等[14]也發(fā)現(xiàn)嚴重少弱精子癥患者精子膜中V-SM減少。SMS是參與SM生物合成的關鍵酶，具有SMS1和SMS2兩種異構體，分別定位于反式高爾基體及其質膜上。睪丸脂質譜顯示SMS1基因敲除小鼠精子V-SM生成減少，附睪中成熟精子很少出現(xiàn)，表現(xiàn)為精母細胞和精子細胞凋亡[15]。此外，研究發(fā)現(xiàn)，SMS2定位于雄性動物睪丸和精子，在弱精癥患者精子中的表達顯著降低，抑制SMS2活性可顯著降低Akt磷酸化水平，增加Erk的磷酸化水平以及顯著提高caspase 3水平，這會促進人類精子凋亡且影響精子獲能、AR和精子運動從而導致男性弱精癥的發(fā)生[16]。因此，V-SM生成減少與男性弱精癥的發(fā)生息息相關，SMS在睪丸多不飽和脂肪酸穩(wěn)態(tài)和男性生育能力中也具有比預期更廣泛的作用。

2.2 Cer參與精子頂體反應

精子AR是一種特殊的胞外分泌過程，它由外頂體膜和質膜融合所觸發(fā)，這一過程需要復雜的融合機制?？扇苄訬-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體(SNARE)蛋白在AR中發(fā)揮著核心作用,可使頂體外膜與質膜融合,保證AR的順利進行[17]。Cer在獲能精子中具有觸發(fā)AR并增強配子對孕酮的反應作用,且是發(fā)生AR時出現(xiàn)最早和最敏感的脂質生物標志物。先前的研究表明，當鞘磷脂酶活性增強水解SM生成Cer時，精子膜結構發(fā)生重大重構，膽固醇大量流失，伴隨著SM的減少和不對稱分布，使精子膜穩(wěn)定性與滲透性大幅度降低，質膜與頂體外膜融合，這有助于大量頂體酶的快速釋放[18]。然而，最近的一篇文獻報道稱，Cer誘導人類精子細胞內鈣增加觸發(fā)級聯(lián)反應，精子胞外分泌過程中所需SNARE復合物解體，精子質膜與頂體外膜融合，最終誘發(fā)頂體內容物胞外分泌[19]。這表明Cer在AR中并不是誘導膜的不穩(wěn)定，而是生理信號通路的激活，即Cer激活了涉及鈣通道的信號級聯(lián)，驅動頂體胞吐，揭示了脂質誘導AR的分子機制。

2.3 鞘脂代謝參與雄性生殖細胞凋亡

文獻報道，Cer參與輻射誘導的雄性生殖細胞凋亡，使成熟精子質量下降、數(shù)目減少，且可被S1P部分抑制。Otala M等[20]對酸性鞘磷脂酶基因敲除小鼠進行輻照后發(fā)現(xiàn)睪丸中出現(xiàn)了凋亡的精原干細胞、精母細胞和精子細胞，且在雄性生殖細胞凋亡過程中，在出現(xiàn)caspase3激活和凋亡DNA片段之前，睪丸Cer水平首先升高，提示其在雄性生殖細胞凋亡中發(fā)揮重要作用。最新的研究結果表明，Cer通過調節(jié)線粒體功能、DNA損傷反應通路和MAPK通路介導γ輻射誘導的秀麗隱桿線蟲生殖細胞凋亡[21]。S1P可部分抑制Cer水平增高后的促凋亡作用，但高濃度的S1P缺乏抗凋亡作用，甚至可引發(fā)男性生殖細胞凋亡，這與S1P大量積累使睪丸間質細胞p21基因表達增加，以及caspase3、Bax和Bcl-2水平顯著提高有關。Stobezki R等[22]首次發(fā)現(xiàn)精子中DNA修復隨著年齡的增長而下降，而S1P可通過提高DNA修復基因BRCA1的表達來改善精子DNA修復。因此，Cer/S1P變阻器調控精子生成及凋亡，在男性不育癥的發(fā)生中發(fā)揮重要作用，且S1P對男性生殖細胞起到一定的保護作用，可抑制生殖細胞凋亡、延緩精子衰老和提高精子質量，使用S1P改善精子DNA修復可能成為治療男性不育癥新的藥理靶點。

3 鞘脂代謝與女性不孕

3.1 S1P與卵巢生理

S1P在卵巢生理中發(fā)揮重要作用，其產生過度或不足與卵巢病理息息相關。S1PR1和S1PR3在hGLCs以及人原代卵巢顆粒細胞株hGL5中高度表達，已被證明其能夠促進環(huán)加氧酶2 (COX-2)激活、前列腺素E2 (PGE2)產生、以及激活PI3K/Akt通路發(fā)揮抗細胞凋亡作用從而有助于卵泡發(fā)育、黃體發(fā)育、排卵以及類固醇激素合成[23]。研究表明，顆粒細胞上的C型鈉肽(NPPC)與其鈉尿肽受體2(NPR2)結合后，通過增加細胞內環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)的合成來調控卵母細胞減數(shù)分裂、卵泡存活以及卵丘形成，然而當S1P大量累積時可降低NPR2的活性從而使早期卵泡生長停止[24]。目前大量研究已證實S1P可預防放化療和電離輻射誘導的卵母細胞死亡。最近發(fā)現(xiàn)S1P可誘導Nrf2/ARE(抗氧化反應元件)信號通路保護小鼠免受環(huán)磷酰胺(CP)誘導的卵巢衰竭，以及通過抑制線粒體氧化應激保護雌性大鼠免受輻射誘導的卵巢損傷[25-26]，但線粒體參與輻射誘導卵巢損傷的具體機制以及S1P潛在的抗氧化作用有待進一步探討。

3.2 鞘脂代謝與多囊卵巢綜合征

PCOS是育齡婦女最常見的內分泌疾病，也是無排卵性不孕的主要原因，影響全球10%～15%的婦女,中國約5.6%的育齡婦女患有PCOS[27-28],其臨床特點表現(xiàn)為稀發(fā)排卵、高雄激素和多囊卵巢形態(tài)，并伴有嚴重的代謝紊亂。Hanamatsu H等[29]認為長飽和?；?18∶0、20∶0、22∶0和24∶0)SM與Cer代謝綜合征、肥胖和胰島素抵抗的發(fā)生密切相關，且大量研究表明，PCOS患者血清中S1P、Cer和長飽和?；淪M水平顯著高于對照組，因此，目前的學者普遍認為SM及其代謝產物參與了PCOS的發(fā)病機制，也提示血清鞘脂可以作為PCOS的診斷生物標志物。此外，Liu LY等[30]利用超高效液相色譜-質譜聯(lián)用技術(UPLC-MS)發(fā)現(xiàn)PCOS患者卵泡液中鞘脂代謝水平下調，SM和Cer水平均降低，這可能會影響促性腺激素分泌，以及對卵泡刺激素刺激的反應能力受損，導致顆粒細胞數(shù)量減少，從而降低PCOS患者卵子的發(fā)育潛力，使卵母細胞質量差、受精率低和胚胎質量差，最終影響其生育能力。

3.3 鞘脂代謝與子宮內膜異位癥

子宮內膜異位癥(endometriosis,EMT)是一種性激素依賴性的慢性炎癥性疾病，全世界估計有1.9億婦女受到這種疾病的影響，子宮外子宮內膜樣組織(病變)生長為其病理特征，除了引發(fā)盆腔疼痛外，EMT患者中不孕的發(fā)生率為40%～60%[31]。其造成女性不孕的原因可能包括異位子宮內膜粘連和纖維化造成的解剖變形、內分泌失調和免疫系統(tǒng)紊亂。研究表明，鞘脂代謝水平異常與EMT的發(fā)生密切相關，它參與子宮內膜基質細胞遷移、異位子宮內膜組織侵襲、去神經支配和再神經支配過程以及盆腔疼痛等的發(fā)生。目前已經證實S1PRs在EMT病灶中高度表達，S1P與其受體結合后刺激局部免疫細胞腫瘤壞死因子-α和白介素-1的表達，從而激活前列腺素(PGs)導致EMT患者盆腔疼痛和不孕,且轉化生長因子-β1促進異位子宮內膜纖維化及S1PRs重塑也是通過S1P信號介導的[32-33]。Cer在高爾基體中被糖基化生成糖基神經酰胺(GlcCer)，作為重要的胞內信號分子，其可介導子宮內膜基質細胞遷移與侵襲形成異位病灶[34]，而白藜蘆醇可通過激活異位子宮內膜基質細胞中過氧化物酶體增殖物激活受體-α(PPARα)調節(jié)鞘脂水平促進Cer生成，從而發(fā)揮促細胞凋亡作用，抑制異位子宮內膜細胞增殖和侵襲，減小病灶范圍[35]，這為白藜蘆醇治療EMT提供了理論依據(jù)。

4 鞘脂代謝與胚胎發(fā)育

S1P作用于G蛋白偶聯(lián)受體，在胎盤血管生長、免疫反應、子宮蛻膜形成和胎盤滋養(yǎng)細胞分化中具有重要的作用。子癇前期患者胎盤絨毛膜動脈內皮細胞S1P合成和信號傳導受損，胎盤絨毛膜動脈中S1P水平降低及SM水平升高參與血管重塑，且在其血漿和胎盤組織中發(fā)現(xiàn)Cer水平升高[36-37]。SphK是Sph向S1P代謝的關鍵酶，包括SphK1和SphK2兩種異構酶，分別分布于細胞質和細胞核,SphK1缺乏會使未分化子宮內膜基質細胞增殖減少，大量子宮蛻膜細胞在妊娠早期死亡，蛻膜血管破裂，最終導致子宮出血和早期胚胎死亡[38]。文獻報道，血漿中高水平Cer會增加滋養(yǎng)細胞自噬，表皮生長因子可通過調節(jié)S1P/Cer變阻器使S1P水平提高，促進妊娠滋養(yǎng)細胞增殖、遷移及侵襲，以及與S1PR1結合促進蛻膜血管形成[39]。此外，Cer可通過誘導細胞P53基因表達促進囊胚期細胞凋亡，影響胚泡形成，而S1P在胚胎著床前可部分抑制Cer的這種作用[40]。因此，鞘脂代謝在胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重大作用，S1P及相關的神經鞘脂是否可用于不孕癥的診斷和治療，將成為我們未來研究的重點。目前，人類輔助生殖技術在世界范圍內得到了廣泛的應用，S1P是否能提高胚胎發(fā)育潛力及其存活率尚不清楚,有待進一步研究。

5 總結與展望

綜上所述，鞘脂代謝在精子能量代謝、卵泡發(fā)育以及胚胎發(fā)育中的作用已取得重大進展，充分證實了鞘脂代謝產物Cer、S1P及鞘脂代謝過程中的關鍵酶在生殖系統(tǒng)生理病理中發(fā)揮重要作用，同時也為不孕癥的診斷提供了新的生物標志物，但其在人類生殖系統(tǒng)中的作用機制尚未完全明確，且目前大多數(shù)研究只是針對基因敲除小鼠及動物實驗，相關臨床研究較少。另外，還需要進一步研究來證實S1P在保護女性卵巢、男性生殖細胞及胚胎發(fā)育方面的有效性及安全性。隨著“三孩”政策的實施，輔助生殖技術需求大大增加，積極研究鞘脂代謝穩(wěn)態(tài)對人類生殖系統(tǒng)的影響和機制，尋求改善、解決、治療和預防的不孕不育方案，有利于提高人類生育率。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。