CY-A15105 女性生殖器官结构模型

维生素D与男性生殖关系的研究进展

 

      不孕不育症是指未避孕条件下正常性生活一年以上未能 达到临床妊娠[1]。它的病因复杂, 有10%~15%的夫妻受到此 类问题的困扰[2]。而对不孕不育症大规模人群的研究中表明, 与男性因素相关的比例高达60%左右, 且近二十多年来我国 男性的精子浓度呈下降趋势[3]。近几年, 随着人们对维生素 D研究的不断深入, 得知其不仅仅维持体内钙磷稳态和促进骨 骼的钙盐沉积, 研究表明[4-5], 维生素D还参与了人类生殖的 各个环节。维生素D 不足和／或缺乏影响配子(卵子和精子) 的质和量, 还影响辅助生殖技术(ART)的妊娠结局。本文就 近年来维生素D 与男性生殖有关的研究进展予以综述。

 

1维生素D概述

 

1.1维生素D的代谢[6-8]      

 

维生素D 是人体必需的一种脂溶 性维生素, 属于类固醇衍生物, 包括5种化合物, 在人体中起主 要作用的是维生素D3。维生素D3主要由紫外线B 照射皮肤 时由7-脱氢胆固醇转变而来, 也可来自动物性食物如蛋黄、 动物肝脏、鱼、奶等。维生素D 经过肝脏羟化作用变成为 25(OH)D3。此羟化作用在肝内主要由25-羟化酶(由CYP2R1 和CYP27A1这2个基因编码)催化完成。 25(OH)D3是维生素
D的前体, 经过肾细胞1?-羟化酶(CYP27B1)再羟化为1,25 (OH)2D3 , 随血液循环进入全身细胞发挥作用。24-羟化酶 由CYP24A1编码, 可使循环中各种形式的维生素D灭活。25羟化酶、1?- 羟化酶和24- 羟化酶均为维生素D 代谢酶。

 

1.2维生素D的作用机制[8-9]    

  

具有生物活性的维生素D-1, 25(OH)2D3 通过与靶细胞内的维生素D受体(VDR)结合, 激 发生物反应从而发挥作用, 其生物学作用由基因组、非基因 组2种机制介导。核维生素D受体(nuclear vitamin D receptor, nVDR)为细胞内特异性受体。1,25(OH)2D3 与nVDR稳定结 合形成1,25(OH)2D3 -VDR二聚体, 该二聚体再与维甲酸X受 体(RXR)结合, 形成一个异三聚体。该异三聚体与目标基因 启动子区域的维生素D应答原件(VDRE)结合进而调节基因的 转录。另外, 1,25(OH)2D3 也可与膜维生素D受体(mVDR)结 合, 通过快速的非基因组效应如调节Ca2+、Cl-通道的开放以 及蛋白激酶的激活来发挥作用。

 

1.3血清维生素D水平的评定   

 

维生素D在血液循环中多以 25(OH)D3的形式与由肝脏产生的维生素D结合球蛋白(DBP) 结合而储存, 当维生素D摄入不足或生成减少时发挥作用[10]。所以, 虽然维生素D的活性成分是 l,25(OH)2D3,但现在多数 学者认为25(OH)D3比l,25(OH)2D3更能确切地反映体内VD 的情况, 是评价机体维生素 D的可靠指标。临床上通过测 量人体血清中维生素D 的水平来衡量体内的维生素水平是 否正常, 美国药物研究所(IOM)制定了血清维生素D水平的 评定标准[11-13], 维生素D缺乏: 25-(OH)D3<30 nmol/L; 维生素D 不足: 25-(OH)D3 30~50 nmol/L; 维生素D充足: 25-(OH)D3≥ 50 nmol/L; 维生素D过量: 25-(OH)D3>125 nmol/L。美国内 分泌协会对此划分标准稍有不同, 维生素D缺乏: 25-(OH)D3< 50 nmol/L; 维生素D不足: 25-(OH)D3 52.5~72.5 nmol/L; 维生 素D充足: 25-(OH)D3>75 nmol/L; 维生素D过量: 25-(OH)D3> 375 nmol/L。

 

1.4    维生素D在人群中的缺乏情况   

 

维生素D缺乏在全世界 范围内普遍流行, 并且影响着各个年龄阶段的人。儿童以及 青中年成人在这方面风险更高。在地区分布上尤其常见于澳 大利亚, 中东地区、印度、非洲和南美[14]。国内也有相关 研究表示中国同样存在普遍的维生素D缺乏的问题[15], 并推 测出现该现象的原因可能为: 随着工业化、城市化速度的加 快, 人们接受日照的时间大大缩短,  且日趋严重的空气污染大 大削弱了紫外线的同时也降低了了人们户外活动的积极性。 另外, 人们在肤色上的审美趋向于追求更白更浅, 帽子、雨 伞、太阳镜等遮阳用品成为大多数人出门的必备品。最后, 尽管物质越来越丰富, 但中国人的饮食结构中仍缺乏富含维生 素 D 的食物。

 

2维生素D与男性生殖的关系

 

早在20 世纪就有研究者用免疫组织化学定位的方法观 察到大鼠睾丸、附睾组织中存在VDR[16]。后有研究表明[17] VDR mRNA在人类的肾脏、睾丸、附睾、前列腺、精囊 腺均有表达, 其中肾脏、附睾及精囊腺中表达水平较高。 VDR蛋白也被检测到存在于精原细胞、精子、精母细胞的 细胞核和细胞质中, 此研究还表明VDR在间质细胞的细胞质 中表达显著。但另有研究表示[18], 在间质细胞中并未检测到 VDR。VDR在精子核和精子中段有相应的结合位点, 超微结 构定位显示VDR 大部分存在于精子核中[19]。

 

研究显示[17], 维生素D代谢酶为维生素D与男性生殖之 间的关系提供了线索。维生素D 激活的代谢酶(CYP2R1、 CYP27A1、CYP27B1)存在于附睾、前列腺、精囊腺上皮 中, 在精子细胞中表达显著。其编码的mRNA在男性生殖系 统中均有表达, 在附睾和前列腺中表达低下。使维生素D失 活的代谢酶(CYP24A1)在肾脏高表达, 在睾丸、前列腺、精 囊腺中表达低下。VDR和维生素D 代谢酶共同表达于间质 细胞、精细胞中, 在精原细胞中仅有CYP27B1、 CYP24A1、VDR 表达。在不育男性, 精子中的VDR和 CYP24A1表达量都很低[20]。研究显示[21], CYP24A1编码 的维生素D代谢酶在精子颈部的精子环有特异表达, 且与精 子质量(如精子总数、精子浓度、精子活力以及精子形态) 呈正比, CYP24A1阳性表达率可作为评估精子质量的预测 指标之一。

 

血清维生素D水平与男性血清性激素之间存在的关系至 今仍具有争议性, 25(OH)D3 对精子参数的影响是否由生殖 激素所介导仍值得商榷。有研究认为[22], 维生素D与男性血 清雄激素水平呈正相关。血清维生素D 水平充足的男性较 缺乏者具有更高的总睾酮和游离雄激素水平、更低水平的 性激素结合球蛋白。一项横断面研究表明[23], 含有中等水平 血清维生素D 的男性, 其精子浓度、精子前向运动力、精 子形态、前向运动精子总计数比血清维生素D 水平过高或 者过低的男性更佳。且该研究与多项国外研究都表明[24-25], 血 清维生素D浓度过高或者过低的男性, 其性腺功能都比中等 水平维生素D 浓度的男性要差。血清维生素D 水平与男性 性腺功能大致呈倒“U ”形关系。 而且这种倒“U ”形 联系在中老年人中比在年轻人中表现得更为显著[26]。国内 有研究表明[27], 只有在不育群体中, 血清维生素D水平才与 精子活力、精子形态独立相关。对不孕不育夫妇予以促排 卵和指导同房治疗时, 男性血清维生素D水平低下组的临床 妊娠率较正常组要明显降低[28]。但也有国内外研究表示[23,29] 血清维生素D水平不同的男性, 他们的血清性激素参数没有统计学差异。

 

3维生素D影响男性生殖的可能机制

 

3.1钙稳态   

 

维生素D通过调节肠吸收功能、尿排泄过程、甲状旁腺激素(PTH)分泌情况以及改变细胞内钙结合蛋白、钙通道、钙泵、Ca2+ 转运蛋白的表达来影响钙稳态。有小 鼠实验推测[30], 维生素D缺乏并非直接影响小鼠生殖系统功 能, 其过程可能是通过调节细胞外钙磷浓度来间接实现的。 Ca2+ 对于男性精子生成、精子活力、精子获能以及顶体 反应都十分重要。1,25(OH)2D3通过VDR调控精子细胞内钙 库中Ca2+ 的释放、增加胞内Ca2+ 浓度, 使细胞内Ca2+ 浓度快 速上升至Ca2+基线浓度的5~10倍, 提高精子活力, 诱导体外顶 体反应的发生[31-32]。钙敏受体(CaSR)[33]与钙拟剂结合时可被 激活, 钙敏受体表达于除睾丸间质细胞和成纤维细胞以外的 睾丸组织中, 在精子细胞中高表达, 在精母细胞、精原细 胞、支持细胞中的含量依次递减。它是许多细胞检测胞外 Ca2+浓度的重要分子机制, 也是钙调激素尤其是PTH维持血 清Ca2+浓度的关键因素。 Jensen等[31]在大鼠和猪身上使用 钙拟剂后通过电脑辅助行精液分析可观察到猪和大鼠的精子 活力均增加。

 

3.2    生殖相关激素

 

3.2.1    睾酮    

 

睾酮由睾丸间质细胞分泌, 与雄性的第一和第二 性征有关。睾酮减少会影响到附睾精子成熟及附属性腺的 分泌功能[34]。在胎儿早期, 睾酮合成受人绒毛膜促性腺激素 (hCG)控制, 成人主要通过脑垂体分泌促黄体生成素(LH)増加 睾丸间质细胞内环磷酸腺苷(cAMP)与Ca2+ 浓度来诱导类固 醇生成。而1,25(OH)2D3 可能通过调节LH来影响睾酮的浓 度[35]。在敲除VDR的小鼠体内, 有研究者观察到睾酮和LH 的浓度下降[36]。在日常饮食中只存在少量的维生素D3, 其 最主要的来源是皮肤通过接受阳光中紫外线照射而合成[37]。 因而血清维生素D 水平在夏秋季时要比在冬春季时高。有研究表明血清中25(OH)D3和睾酮水平呈正相关[22], 而且两者 的季节性变化是相匹配的[38]。

 

3.2.2     雌激素   

 

芳香化酶可使睾酮转化为雌激素, 芳香化酶 由CYPl9Al编码, CYPl9A1有多重启动子, 1,25(OH)2D3与 存在于CYPl9Al启动子内的维生素D 反应元件(VDRE)结 合, 在不同组织中抑制或者诱导芳香化酶转录[39]。在体外, 1,25(OH)2D3可诱导小鼠支持细胞芳香化酶的表达[40]。 VDR 缺失与CYPl9A1缺失的小鼠有迟发性的雄性生育能 力受损, VDR缺失和雌激素受体缺失小鼠的精子活力下降, 对其补充钙和雌激素以后, 精子发生和精子活力下降表现出 一定程度的可逆性[41]。

 

3.2.3抗苗勒管激素(AMH)     

 

AMH是一种性腺特异性激素, 主要由未成熟的支持细胞产生, 与雄性生殖系统的发育有关, AMH启动子含有VDRE, 1,25(OH)2D3可诱导AMH的表达。 有队列研究表明[42], 成年男性补充维生素D后AMH水平可升 高且血清25(OH)D3水平与AMH含量呈正相关, 而未成年男 性 AMH表达则无影响。

 

3.3精子代谢    

 

1,25(OH)2D3与靶细胞上的VDR结合后调控 其功能, 除了胞外的1,25(OH)2D3浓度, 靶细胞内的应答反应 还受到胞内维生素D 代谢酶CYP2R1、CYP27B1、 CYP24A1的影响[17]。 近来有研究显示[43], 维生素D可以上 调小鼠睾丸组织中的睾丸特异性相关基因, 在这些基因中, 调 控细胞胆固醇代谢的ATP结合盒转运体A1表达的abca1主 要存在于支持细胞中。敲除abca1 的小鼠与野生型小鼠相 比, 其睾丸内的睾酮水平和精子计数明显降低。1,25(OH)2D3 作用于VDR, 通过abca1介导胆固醇从细胞内转运到细胞外 的过程,激活蛋白磷酸化, 提高细胞内Ca2+水平, 增强脂肪酶 活性, 消耗甘油三酯, 为精子供能, 加快精子运动, 提升顶体酶 活性, 促进精子成熟和获能[44]。而且abca1的缺失会导致某 些支持细胞功能的脂质消耗, 包括间质细胞中的高密度脂蛋 白胆固醇(HDL-C), 而对于类固醇生成组织来说, HDL-C是合 成胆固醇的首要来源。因此, 敲除abca1 的小鼠, 其间质细胞 的功能被部分削弱, 睾酮合成减少、精子生成也有下降[45]。 另外, 有研究表明[46], 在未成熟大鼠睾丸中, 1,25(OH)2D3 通 过调节Ca2+ 的吸收和?- 谷氨酰转肽酶(GGTP)的活动来触发 质膜初始反应, 而 GGTP参与支持细胞分泌的特殊蛋白的合 成, 从而间接影响精子发生。

 

4小结

 

动物实验及临床研究均表明, 维生素D与男性生殖系统 关系非常密切, 但对其产生的影响及确切机制尚存在争议与不 明之处。在我国, 目前关于维生素D与男性不育的研究仍较 少, 而人群维生素D缺乏普遍存在, 且男性因素引起的不孕不 育也亟待解决。对维生素D在生殖方面的辅助治疗功能的深 入研究, 或许将为男性不育症的治疗提供新的思路。