氟对精子毒性作用的研究进展

牛瑞燕，孙子龙，安丽霞，张建海，王金明，王俊东

（1.山西农业大学动物科技学院，山西太谷030801；2.山西农业大学信息学院，山西太谷030801）

近年来，有关氟的大量研究表明，氟对人类和畜禽等动物生殖系统及其功能产生较强的毒副作用[1]。氟可引起雄性动物睾丸和附睾在组织形态甚至细胞上发生明显的改变，主要表现为精子数量减少、活性下降、畸形率上升、生育力下降等[2-3]。由于精子是精子发生的最后环节，成熟的精子起着贮藏由基因和环境因素共同决定的遗传信息的作用，直接影响到下一代的健康，而各种生殖毒性因素最终也会影响精子的正常功能，所以本文将精子从生殖系统中单独分离出来，着重介绍氟对精子的毒性作用。

1 氟对动物精子的毒性作用

Chinoy等[4]对小鼠管饲含10～20mg/（kg·d）的氟化钠30 d，发现小鼠的生育力下降，且附睾尾精子缺乏活力，精子密度、活率下降，同时出现大量畸形精子。精子的顶体功能受损，顶体素和透明质酸酶含量下降，活性降低，停止染毒30 d也没能使小鼠的生殖能力恢复。Elbetieha等[5]报道小鼠饮用含有100，200，300 mg/L氟化钠的水，10周后生育力明显下降，而4周时无影响。氟引起小鼠精子发生异常，附睾精子体外获能的能力降低，主要是因为降低了精子头部酪氨酸磷酸化和肌动蛋白的聚合作用，而这种聚合是精子获能所必需的过程[6]。Sun等[7]报道，150mg/L氟化钠通过影响Ca2+通道蛋白CatSper1mRNA的表达显著降低了精子的超激活运动能力。

在氟作用下，由于精子计数和活力下降，大鼠的生育力明显降低，而且线粒体活性下降，膜的磷脂发生改变，精子的电解质浓度显著降低，附睾尾的精子悬液蛋白含量下降。此外，氟还可导致精子的顶体功能受损，顶体素和透明质酸酶含量下降，附睾尾精子计数、活力下降，生育力受到影响。进一步研究表明，氟还会引起氧化应激，睾丸、附睾、精子中的共轭二烯烃含量增加，精子中过氧化物酶、过氧化氢酶活性明显下降[3，8]。Kumar等[9]按体重10mg/kg的氟化钠处理雄性家兔18个月，发现家兔的精细胞和附睾精子鞭毛、顶体、细胞核有大量缺损，包括外微管缺失、鞭毛轴丝完全缺失，纤维鞘破裂，鞭毛中段线粒体结构缺损，同时观察到顶体从细胞核的扁平表面分离和脱离。

2 氟对人类精子的毒性作用

Freni[10]在一项生态学研究中提出，在一些地区总生育力和氟含量呈负相关性。调查显示，高氟地区男性不育症患者的精液含氟量、精子自毙率、男性不育总率及原发性男性不育率均显著高于非高氟区，精子密度则明显降低。Zahrorohkor等[11]也发现，工业性氟病工人精子数量减少，精子活动力较同龄组健康人低。且氟中毒晚期临床病例报道，在21名男性病人中，有11人有阳痿症状。印度学者对水氟为2.0～19.0mg/L地区的20～42周岁不育症男子的精子进行光镜及电镜观察，结果发现，与对照组相比，高氟区男子的异常精子百分数显著增加，在精子的头部、中段、尾部均可见结构方面的异常，即顶体发育不全、线粒体肿胀、嵴液消失等[12]。

Chinoy和Narayana[13]在体外研究了氟化钠对人精子的毒性作用，发现孵育20min后由于氟化物的积聚逐渐增加，导致精子膜损伤，溶酶体活性降低，精子头部拉长，顶体缺失，尾部成圈状，谷胱甘肽含量呈时间依赖性降低。这些变化表明，氟化钠可通过血睾屏障干扰精子正常的发育过程。

3 氟对精子的毒性机理

3.1 氟引起代谢障碍

氟是一种酶的抑制剂，尤其是对以二价金属阳离子（Mg2+，Mn2+，Zn2+等）为辅基的酶类（如AKP，ATPase，DNA，RNA聚合酶，烯醇酶，脱氢酶）有明显的抑制作用，这些酶类都涉及糖代谢、能量合成、钙磷代谢、蛋白质合成等。氟通过削弱这些酶的活性，抑制糖酵解，减弱呼吸作用，降低精子活力。氟可能与相关酶形成不溶性的复合物或与氢键形成的氨基化合物取代催化基团的-N-H·O氢键而破坏酶的活性中心来起作用[14]。

Chinoy等[15]研究表明，染氟家兔精子的三磷酸腺苷酶（ATPase）、琥珀酸脱氢酶（SDH）和酸性磷酸酶（ACP）的活性下降。ATPase，SDH，ACP均是能量代谢的重要酶系，它们对精子的能量释放反应及氧化代谢方面均有着重要作用。

3.2 氟诱导生殖细胞染色体畸变和基因突变

氟对小鼠生殖细胞具有遗传毒作用，使睾丸初级精母细胞染色体的畸变增加，精子的畸形率增加。其机制可能是氟作用于精子形成的某一过程中，遗传物质的分子结构发生改变，或是作用于成熟的精子，使其物理性状发生改变所致[16]。

虽然具体机理目前尚不肯定，但有如下推测：（1）氟可能以间接的方式，在高剂量时通过扰乱酶系统，从而对染色体产生损伤；（2）氟化物作为一种外源性诱导物，引起复制DNA的断裂，遗传信息和结构错误；（3）氟与尿嘧啶及酰胺有很强的亲和力，强的NH···F···引起A-T碱基对之间氢键断裂，造成DNA，RNA结构改变，干扰它们的合成，增加DNA复制过程中碱基配对的错误频率；（4）通过抑制DNA修复过程实现[17]。

3.3 氟诱导氧化应激损伤

氟在机体代谢过程中可诱导活性氧自由基的生成，自由基攻击不饱和脂肪酸共价键处，造成脂质过氧化。有关氧化应激的损伤机理已经在氟对动物软组织（如肝、肾、脑和睾丸）的研究中得到证实[18]。一般认为，氟通过促进自由基产生，抑制抗氧化酶类活性，导致脂质过氧化作用增强是氟中毒引起机体损害的主要机理。有研究表明，高浓度的活性氧可导致精子ATP耗尽、活力丧失、脂质过氧化，从而降低精子受精能力。Izquierdo-Vega等[19]给大鼠口服5mg/（kg·d）氟，持续8周，结果精子的SOD活性降低了33%，超氧自由基O升高了近40%，线粒体跨膜电位降低33%，过氧化物反应产物丙二醛含量升高50%，与对照组相比，精子的体外受精能力分别为13%和71%。试验证实，由于氟致精子氧化应激损伤和线粒体跨膜电位丢失，最终导致大鼠体外受精能力下降。

除了以上原因，氟还可以直接破坏各级生精细胞、支持细胞、睾丸间质细胞及精子的结构，而且正常的附睾结构及稳定的微环境对精子的成熟及运动状况都是非常重要的，当附睾内环境发生逆改变时，将会导致精子的运动能力减弱及代谢改变。

4 小结

氟能使生殖器官的结构、超微结构及代谢等均受到损伤，致使生精功能、精子生存的内环境等发生改变，生殖内分泌功能紊乱，性激素、相关酶类等活性改变，或作用于细胞染色体而使生殖细胞畸变。上述诸因素均能使生育力下降，最终导致不育。但氟对雄性精子的损害是多途径的、复杂的过程，具体的机制还有待进一步研究探讨。有学者从脂质过氧化的角度出发，研究了Vc和维生素E等抗氧化剂和锌、硒等抗氧化酶类辅基对抗氟损害的效果，并取得了一定的成效。此外，还有报道表明，高营养对氟中毒有缓解作用[20]，至于能否减轻精子毒性还有待研究。

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