男性不育人群不同生物群解脲支原体对精子质量的影响及其机制研究

【摘要】研究背景：据报道世界范围内约有15%-20%的育龄夫妇不能生育,且近半个世纪以来,由于环境、心理、社会等因素的影响,男性精子的数量和质量出现了明显下降的趋势,男女不育不孕的比例也由3：7上升到5：5,男性生殖健康正受到严重威胁。解脲支原体属于条件致病微生物,可黏附在泌尿生殖道的黏膜及上皮细胞上,导致泌尿生殖道感染,并可从多方面影响男性生育能力,如通过干扰精子发生、影响精子代谢、影响精卵结合及生殖道局部免疫等机制,但其致男性不育的具体机制目前还不完全清楚。并有部分研究显示解脲支原体对男性不育并无显著的影响。由于各个实验室的检测试剂和方法的不同,不同地区男性不育患者精液中解脲支原体检出率差异很大,可高达5%-58%,而正常生育者携带率为3%-31%。解脲支原体对精液质量的影响同样在以往的研究中未达到共识,临床研究表明,解脲支原体感染患者存在精子数量降低,精子畸形率增加,液化时间延长及抗精子抗体阳性率上升等表现,而有些研究却得到了阴性结果。导致上述分歧可能与受试个体的数目、区域、社会背景有关,解脲支原体不同生物群致病能力不同,也可能是原因之一。解脲支原体按照基因型不同,共分为2个生物群：biovarI和biovarII,研究显示不同的生物群致病能力不同,biovarII可能与非淋菌性尿道炎、盆腔炎、宫颈炎、不良怀孕关系更加密切,解脲脲原体不同生物群与定植和感染的关系是目前该领域的研究热点。活性氧主要由白细胞和精子产生并释放,生理状态下,对维系精子的正常功能起到了重要的作用,然而精液中活性氧水平异常增加,破坏氧化还原系统平衡,会造成精子膜结构的氧化损伤,精子活动力下降,影响精子获能和顶体反应的发生,并可攻击精子核DNA,造成精子核DNA的损伤如染色体交联、染色体缺失、碱基对修饰、单股和双股DNA断裂等,过多的活性氧还可诱导精子细胞凋亡,线粒体是介导细胞凋亡最重要的细胞器,高水平的活性氧可破坏线粒体膜,引起细胞色素c的释放,激发半胱氨酸蛋白酶的级联反应,触发细胞凋亡。精液中活性氧的来源众多,研究显示感染可导致精液中活性氧的异常增加,然而迄今只有少数报道涉及某一特殊感染对精液中活性氧生成的影响。研究目的：1.调查研究解脲支原体及其生物群在不育和可生育人群中的感染率。2.研究不同生物群解脲支原体感染对精子常规参数,精子运动参数,精子形态以及精液白细胞的影响；探讨不同生物群解脲支原体感染与精液白细胞的关系及白细胞在解脲支原体感染影响精子参数中的作用。3.进一步研究不同生物群解脲支原体感染对精液中活性氧产生,精子膜的脂质过氧化以及核DNA损伤的影响,并探讨活性氧产生与精液白细胞的关系。研究方法：1.解脲支原体及其生物群在不育和可生育男性人群中的比例对2012年7至2013年5就诊于汕头大学医学院第一附属医院的223例不育男性患者和146例可生育男性人群进行研究,研究对象的选取均严格按照本文的筛选标准,采用传统培养法检测解脲支原体在男性不育人群和可生育人群中的感染率,并捡出感染阳性患者,使用实时荧光定量PCR法鉴定其生物群。2.不同生物群解脲支原体感染对精子常规参数,精子运动参数和精液白细胞的影响及白细胞在其中的作用采用手淫法收取精液,液化后,检测精子密度、活力、精子运动参数、白细胞、精子形态等参数,采用国产WLJY-9000型彩色精子自动分析系统分析,应用计算机精子形态分析软件结合人工判读进行分析,先后按照支原体感染种类和精液白细胞正常与否对所测标本的上述指标进行分组比较。3.不同生物群解脲支原体感染对精液中活性氧产生,精子膜的脂质过氧化以及精子核DNA损伤的影响以鲁米诺为探针,运用化学发光法检测精子活性氧(ReactiveOxygenSpecies,ROS)水平。分别采用硫代巴比妥酸法和黄嘌呤氧化酶法检测精液中丙二醛(Malondial-dehyde,MDA)和总超氧化物歧化酶(TotalSuperoxideDismutase,T-SOD)的浓度。采用精子染色质结构分析检测精子核DNA完整性,采用单细胞凝胶电泳法检测精子核DNA断裂损伤统计学处理数据分析使用SPSS13.0统计软件。率的比较使用卡方检验；多组间的比较使用ANOVAanalysis,LSD用于组间比较；两组数据的比较使用t检验,结果表示为均值士标准差。Levene’stest被用作方差同源性检验,如方差不齐,使用Welch检验,组间比较采用DunnettT3。P<0.05被认为具有统计学意义。研究结果：1.解脲支原体及其生物群在不育和可生育男性人群中的比例(1)解脲支原体在不育和可生育男性人群中的比例对223例我院就诊的不育男性和146例可生育人群精液中的解脲支原体感染率检测,结果显示虽然不育男性人群中的感染率为33.6%(75/223)较可育男性人群的感染率24.7%(36/146)有增高的趋势,但两者之间未具有统计学差异(χ2=3.379,P=0.066)。(2)解脲支原体不同生物群在不育和可生育男性人群感染阳性标本中的检出率使用实时荧光定量PCR法检测解脲支原体感染阳性标本两种生物群的检出率,结果显示biovarII群在不育男性感染阳性标本中的检出率42.7%(32/75)显著高于可生育人群阳性标本中的检出率22.2%(8/36),具有统计学差异(χ2=4.411,P=0.036)。(3)解脲支原体不同感染类型在不育和可生育男性人群中的比例在不育男性患者和可生育人群中分别有8例(10.7%)和3例(8.3%)被发现有混合感染(biovarⅠ和biovarⅡ同时存在),二者之间差异没有统计学意义(χ2=0.148,P=0.700)。2.不同生物群解脲支原体感染对精子常规参数,精子运动参数以及精液白细胞的影响及白细胞在其中的作用(1)不同生物群解脲支原体感染对精子常规参数,精子运动参数以及精液白细胞的影响按照感染类别将标本划分为biovarⅠ,biovarⅡ,混合感染和未感染组共4组,比较分析了4组的精液常规参数和运动参数,结果显示精子总活力在4组之间存在统计学差异(P=0.001)。其他参数诸如精子浓度,前向运动力虽然感染组较非感染组有降低的趋势,但差异没有统计学意义(P>0.05)。组间比较结果显示biovarⅡ感染组的精子浓度(59.25±49.21)以及biovarⅡ(54.95±16.21)和混合感染组(51.26×20.88)的总活力与未感染组(77.03±×43.97；66.29±×16.14)之间具有统计学差异(P=0.038；P<0.001,P=0.005)。精子运动参数的分析结果显示biovarⅡ感染组的曲线速度(MeanCurvilinearVelocity,VCL)(P<0.001)、直线速度(Meanstraight-linevelocity,VSL)(P=0.002)、平均路径速度(MeanAveragePath,VAP)(P=0.024)、直线性(MeanPercentageLineality,LIN)(P=0.009)、摆动性(Swing,WOB)(P=0.004)以及混合感染组的VCL(P=0.017)、VSL(P=0.007)、LIN(P=0.016)与未感染组相比差异具有统计学意义；biovarⅠ感染组与未感染组相比各参数均无统计学差异(P>0.05)。同时我们发现biovarⅠ感染组71人中有12人精液白细胞增高,biovarⅡ感染组40人中有12人白细胞增高,混合感染组11人中有3人白细胞增高,未感染组258人中有25人白细胞增高。比较白细胞异常增加比率的结果显示四组之间存在统计学差异(χ2=14.842,P==0.002)。组间结果比较显示白细胞计数异常增加比例在biovarII感染组与未感染组之间具有统计学差异(χ2=13.136,P<0.001),而biovarI感染组和混合感染组与未感染组之间差异没有统计学意义(χ2=2.901,P=0.089；χ2=3.498,P=0.61),提示biovarII感染与精液中白细胞增加关系更加密切。(2)精液白细胞异常增加对精子常规参数、运动参数以及精子形态的影响白细胞异常组与白细胞正常组相比,精液常规参数中总活力、前向运动力和正常精子比率在两组之间差异具有统计学意义(P=0.008；P=0.005；P=-0.003)；精子运动参数中VCL(P=0.023)、VSL(P=0.010)、VAP(P=0.011)、WOB(P<0.001)在两组间具有统计学差异；精子形态异常率在两组间具有统计学差异(P–0.008),其中头部异常增加明显(P=0.005)。以上结果提示白细胞异常增加可以导致精子质量和运动能力的下降以及畸形精子的比率增加。3.不同生物群解脲支原体感染对精液活性氧产生,精子膜的脂质过氧化以及精子核DNA损伤的影响(1)不同生物群解脲支原体感染对精液氧化还原系统及脂质过氧化的影响我们按感染分类先后比较了4组间的精液ROS、MDA和T-SOD水平,结果显示ROS水平在biovarII感染组(2.66±0.85)、混合感染组(2.82±±1.37)与未感染组(1.944±0.79)之间具有统计学差异(P<0.001,P=0.003)；而biovarI感染组(2.20±±0.94)与未感染组之间差异没有统计学意义(P=0.075)；MDA的检测结果显示biovarII感染组(1.25±0.61nmol/l)、混合感染组(1.30±0.61nmol/l)与未感染组(0.94±0.52nmol/l)之间具有统计学差异(P=0.004,P=0.040)；而biovarI感染组(1.05±±0.55)与未感染组之间差异没有统计学意义(P=0.226)；T-SOD检测结果显示biovarI(63.57±8.95),biovarII感染组(62.71±7.10),混合感染组(61.81±±7.62)虽然低于未感染(64.49±±7.23)组,4组之间差异没有统计学意义(P=0.556)。(2)不同生物群解脲支原体感染对精子DNA氧化损伤的影响使用精子染色质结构分析法对4组不同人群精子细胞染色质完整性进行分析比较,结果显示biovarⅡ感染组的DNA碎片指数(DNAFragmentationIndex,DFI%)(22.59±7.59).高DNA可染性(HighDNAStainable,HDS%)(10.58±3.74)与未感染组(18.32±7.62；8.06±4.23)相比具有统计学差异(P=0.003；P=0.001)；混合感染组DFI%(23.44±4.89)与未感染组之间具有统计学差异(P=0.032),而HDS%(9.73±3.37)在两组间差异无统计学意义(P=0.181);biovarI感染组DFI%(20.03±7.21),HDS%(8.92±3.60)与未感染组之间差异均无统计学意义(P=0.155；P=0.175)。使用单细胞凝胶电泳检测精子核DNA损伤,结果显示biovarM感染组(1.06±0.15)与未感染组(0.94±0.12)之间彗星尾距(TailMoment,TM)具有统计学差异(P<0.001),而biovarⅠ感染组(0.96±0.11)和混合感染组(1.05±0.15)与未感染组之间差异没有统计学意义(P=0.257,P=0.224)。结论：1.解脲支原体在不育男性人群中的感染率虽然较可生育男性人群高,但二者之间并不具有统计学差异,而解脲支原体阳性标本中biovarⅡ生物群的检出率在两组间具有统计学差异,提示biovarⅡ群感染可能与男性不育密切相关。2.按感染类别分组进行的精子参数比较研究显示只有总活力在4组之间存在统计学差异,组间比较发现biovarⅡ感染组的精子浓度及biovarⅡ和混合感染组的总活力与未感染组之间具有统计学差异。以上的结果提示biovarⅡ较biovarI对精子参数影响更加显著,主要体现在精子活力方面,比较精子运动参数的结果提示biovarⅡ感染组的VSL、VCL、VAP、LIN、WOB与未感染组之间具有统计学差异。主要涉及以下机制①解脲支原体的强粘附作用②感染致精液中活性氧增加,破坏精子膜结构及引起线粒体膜电位的改变,影响精子的能量供应,降低精子活动力。同时,我们发现白细胞计数异常增加比例在biovarⅡ感染组与未感染组之间具有统计学差异。以往研究显示白细胞是精液中活性氧的一个重要来源,结合上述结果,推测biovarⅡ群感染所致的精液白细胞异常增加并产生过多的活性氧可能是导致精子活力下降的主要原因之一。3.为了证实白细胞增加对精液质量的影响,我们把精液标本分为白细胞正常组和白细胞异常组,分别比较了两组的精子常规参数,运动参数以及精子形态。结果显示精子常规参数中总活力、前向运动力和正常精子比率在两组之间具有统计学差异。精子运动参数VCL、VSL、VAP、WOB白细胞异常组明显低于白细胞正常组,白细胞异常组精子畸形率明显增加,并以头部畸形为主,提示精液中白细胞的异常增加可能导致精子质量的显著下降。4.进而我们研究比较了不同生物群解脲支原体对ROS产生的影响,结果显示biovarII感染组和混合感染组的ROS水平与未感染组之间具有统计学差异。解脲支原体感染引起的活性氧增加主要有两个来源,一方面,解脲支原体对精子最有毒害的代谢产物是H2O2和NH3。H2O2本身对精子是有害的,并且可以转化成OH基自由基,而后者对细胞膜和DNA具有强毒性。除此之外脲原体磷脂酶A和C可以改变细胞膜的脂质结构,从而导致其完整性的损失并增加其渗透性。另一方面,解脲支原体(主要是biovarII群)感染可引起精液中白细胞异常增加,并产生过多的ROS。我们的结果提示biovarII群感染引起的精液白细胞异常增加可能是活性氧过量产生的最主要原因。MDA的检测结果也验证了此观点,biovarII和混合感染组的MDA水平显著增加,表明ROS所致的精子膜脂质过氧化增加,流动性下降,精子活动能力降低。然而此次研究中精液T-SOD水平未在感染组和未感染组之间发现有统计学差异。5.精子DNA染色质结构分析实验中的DFI%,HDS%以及单细胞凝胶电泳中的TM值在biovarII感染组与未感染组之间具有统计学差异,提示biovarII群感染可引起精液白细胞增加,释放过量ROS,破坏精子DNA的完整性,导致DNA的断裂损伤增加,最终影响男性的生育能力,并可能导致孕后的不良后果。创新之处：1.揭示了不同生物群解脲支原体在不育和可生育男性人群中的分布,biovarⅡ群在男性不育人群感染阳性标本中的检出率显著高于可生育人群。2.比较研究了不同生物群解脲支原体对精子质量和精液白细胞的影响,提出biovarⅡ群对精液质量的影响更加明显,尤其是精子总活力,同时biovarⅡ群感染可引起精液中白细胞的明显增加。3.从活性氧产生的角度,比较研究了不同生物群解脲支原体对ROS产生,精子膜脂质过氧化以及精子核DNA断裂损伤的影响,提出biovarⅡ群可增加精液中ROS水平,引起精子膜脂质过氧化以及精子核DNA损伤,其机制可能与精液中白细胞增加有关。
【作者】张俏忻；
【导师】王前；
【作者基本信息】南方医科大学，临床检验诊断学，2014，博士
【关键词】解脲支原体；生物群；男性不育；精子参数；活性氧；DNA损伤；

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