弱精症相关基因、蛋白及酶学研究进展

焦瑞宝综述，唐吉斌，姚余有审校

（1、铜陵市人民医院检验科，安徽铜陵244009；2、安徽医科大学公共卫生学院，安徽 合肥230032）

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弱精症相关基因、蛋白及酶学研究进展

焦瑞宝1综述，唐吉斌1，姚余有2审校

（1、铜陵市人民医院检验科，安徽铜陵244009；2、安徽医科大学公共卫生学院，安徽 合肥230032）

弱精症主要表现为精子活动力低下，《世界卫生组织人类精液检查与处理实验室手册》第5版 （以下简称WHO五版手册）定义为前向运动率低于32%［1］。弱精症的病因很多，早些年比较关注微生物感染、精索静脉曲张、免疫学因素、微量元素缺乏等。近年来国内外都在研究精子基因组学、蛋白质组学以及酶学在弱精症中作用与意义，本文拟就弱精症与相关基因组学、蛋白质组学及酶学的研究进展进行综述。

弱精症；基因；蛋白；酶学

不孕不育是全世界关注的研究热点课题，发病率有逐年上升的趋势，男方因素约占40%～50%。男性不育患者常见致病因素包括少精子症、弱精子症等。WHO五版手册规定，弱精子症是指连续3次精液常规检查，精子前向运动率均小于32%，弱精子症占所有男性不育致病因素的50%。精子活动主要靠精子尾部鞭毛摆动，而鞭毛外周致密纤维和纤维鞘在这过程中发挥着主要作用，鞭毛外周致密纤维和纤维鞘异常即可导致精子运动能力的下降［2］。弱精子症病因较为复杂，早期的研究结果认为其包括微生物感染、精液凝固及液化异常、免疫性不育、内分泌紊乱、精子本身结构异常、染色体异常及精索静脉曲张等［3］。近些年来关于弱精子症的机制研究向纵深方向发展，本文将国内外关于弱精子症相关的基因及蛋白质组学、酶学等相关最新的研究进展进行综述。

1　基因组学

1.1SEPT4 SEPT4基因定位于人染色体17q23，为Septin家族成员之一。SEPT4蛋白具有三磷酸鸟苷（GTP）酶活性，是高度保守的细胞骨架蛋白，它通常表达于神经细胞和男性生殖细胞。李玉山等［4］采用免疫组化技术发现SEPT4蛋白定位于精子环，在正常生育力男性和弱精症患者的精子中均有表达，但是弱精症患者精子中SEPT4表达量显著低于正常生育力男性，由此可见SEPT4低表达可能是精子活力低下的原因之一，但其具体机制尚未完全明确，可能是在精子形成过程中，SEPT4低表达可导致线粒体缺失和异常，从而影响精子活动能力所致［5］。此外，在精子获能过程中，SEPT4可阻碍蛋白的准确定位，抑制酪氨酸磷酸化级联反应，影响精子获能，从而引起男性不育症［6］。

1.2TEKT4 TEKT4蛋白在海胆精子鞭毛中首次发现，是Tektins蛋白家族的成员之一，而Tektins是一个在纤毛和鞭毛轴丝中与微管相关的蛋白家族。人类睾丸、精子鞭毛中包含5种Tektins家族成员，主要参与精子鞭毛的轴丝微管构成。武文斌等［7］研究发现，在成熟精子中均有TEKT4 mRNA和蛋白表达，而弱精症患者精子中两者表达水平明显下降。TEKT4作为精子鞭毛外周致密纤维（out dense fibers，ODFs）的主要组成成分之一，其表达下降可能是弱精症的病因之一。

1.3T复合体相关睾丸表达3（TCTE3）TCTE3首先发现于小鼠精子鞭毛中段轴丝外侧双联微管，是精子鞭毛和纤毛中段轴丝动力蛋白轻链家族成员之一。精子鞭毛异常包括轴丝畸形、线粒体异常、外周致密纤维异常等。精子正常运动依靠微管的动力蛋白臂结构、排列方式、表达量等因素。李玉山等［8］研究发现，TCTE3分布于精子尾部的整个长度，与正常生育男性相比，弱精症患者精子中TCTE3 mRNA和蛋白表达显著下降，TCTE3表达降低可能会引起精子鞭毛轴丝双联微管内侧轻链缺失，导致男性不育症。

1.4ATP合成酶6亚基 （ATPase-6）ATPase-6是线粒体多肽复合酶Ⅴ的一个亚基，主要构成氧化磷酸化过程中的质子通道。ATPase-6异常可引发质子通道结构、数量、功能改变，从而影响线粒体氧化磷酸化过程，降低精子运动能力。莫毅等［9］研究弱精症患者及精子活力正常者的ATPase-6基因（+ 9052bp）HaeⅡ酶切片段多态性，结果发现弱精子症组的突变基因（h）频率显著高于正常精子活力组，这提示（+9052bp）HaeⅡ酶切位点改变可引起ATPase-6基因中相应的氨基酸结构或功能变异，导致质子传递通道失调和细胞氧化磷酸化供能不足，引发男性不育症。

1.5附睾蛋白酶抑制剂（EPPIN）EPPIN是一种睾丸和附睾分泌的特异性蛋白质，富含半胱氨酸，同时含有乳清酸蛋白（WAP）、牛胰蛋白酶抑制蛋白（BPTI）结构域。人类精子和精浆中EPPIN含量极为丰富，它对保持附睾液体环境平衡起到重要作用。当精子进入输精管后，EPPIN通过结合精囊蛋白（Sg）、纤连蛋白（Fn），在精子表面形成外壳蛋白，抑制精子获能、影响精子的活动力。于艳等［10］研究发现，精子中均存在EPPIN蛋白表达，弱精症患者精子中EPPIN蛋白表达量均高于正常组，而高表达量的EPPIN蛋白可能结合Sg，调节精子内部的酸碱度及Ca2+水平，进而影响精子的活动率，导致男性不育症。EPPIN在精子获能后仍然存在，可以调节细胞内Ca2+浓度，可通过Ca2+载体-A23187诱导顶体反应［11］。

2　蛋白类

2.1葡萄糖调节蛋白78（GRP78）GRP78又名免疫球蛋白重链结合蛋白（BIP），其定位在真核生物细胞内的内质网膜上。GRP78参与蛋白质的折叠和转运，也是内质网上的一种应激蛋白，在应激状态下可在内质网上表达，以维持内质网的稳定，保护细胞。申树林等［12］研究证实，GRP78在正常精子蛋白中高表达，而在弱精子蛋白中低表达。进一步研究表明外源性GRP78作为分子伴侣，可能是通过调节精子细胞内Ca2+水平影响精子的运动。Visconti等［13］研究认为蛋白质磷酸化是精子获能相关的细胞内的重要条件之一，GRP78可能作为蛋白质磷酸化激活因子通过CAMP信号途径使精子获能，结论认为GRP78是维持精子活力的重要调节因子。

2.2CATSPER1（cationchannelofsperm1）CATSPER家族包括四种类型，CATSPER1是近年发现的一种精子特异的电压门控阳离子通道蛋白，参与环腺苷酸（cAMP）介导的Ca2+内流，并参与精子运动、受精。武文斌等［14］采用免疫细胞化学技术检测CATSPER1蛋白在特发性弱精子症患者精子中的定位及表达变化，同时用蛋白印迹技术检测CATSPER1蛋白在正常对照组及轻度、中度、重度弱精症组中表达的差异，结果显示CATSPER1蛋白定位于精子鞭毛主段；与正常对照组相比，CATSPER1在弱精子症患者中的表达显著下降；且在各弱精子症组均存在不同程度的下降。前向运动精子（a+b级）百分率与CATSPER1蛋白的含量成正相关。CATSPER1蛋白表达下降或异常可能是导致特发性弱精子症发生的一个环节。

2.3富含胱氨酸分泌蛋白2（cystine-rich secretory protein 2，CRISP2）CRISP2位于6号染色体的长臂，属于CRISP家族。周俊豪等［15］报道精子活力低下男性不育患者 CRISP2蛋白表达降低，但CRISP2基因mRNA表达水平未见改变，CRISP2蛋白表达水平与形态正常精子率及前向运动能力呈明显正相关。江莉等［16］报道，CRISP2在正常组中的相对表达量明显高于弱精组，且CRISP2在不同精子障碍男性中的表达显著不同，CRISP2表达的减少可能导致精子活力下降。景晓伟等［17］报道，弱精子症患者精子中CRISP2基因表达量明显低于正常对照组，Western印迹发现弱精子症患者精子中CRISP2蛋白亦明显低于正常对照组。

2.4钙粘蛋白1（CIB1）CIB1是CIB蛋白家族成员之一，主要功能是抑制细胞迁移。Ca2+信号是顶体反应、精子超活化、趋化作用和精子获能的重要调节因子，其损伤可导致男性不育症。CIB家族可结合Ca2+，激活靶蛋白，发挥其生物学功能。CIB1参与周期蛋白依赖性激酶1信号通路，其缺失会影响精原干细胞、支持细胞的细胞周期。于艳等［18］研究发现，弱精症组CIB1 mRNA和蛋白表达量下降，且少弱精症组低于弱精症组，表明CIB1表达量变化与精子质量存在相关性。CDK1 mRNA及蛋白表达量在少弱精症组显著增加，这可能与CIB1减少相关的补偿性升高有关。

3　酶类

3.1乳酸脱氢酶C4（LDH-C4）乳酸脱氢酶C4 （LDH-C4）是精子特有的，该同工酶与糖的酵解活动相关。LDH-C4主要分布在精子线粒体内，在精子的发生和成熟过程中发挥着至关重要的作用［19］。郭瑞莹等［20］研究发现，与正常对照组相比，弱精子症患者精液和精子内LDH-C4活性均降低，且其活性下降程度与精子活力呈正相关。LDH-C4的合成受其相应基因控制，其转录和蛋白质翻译开始于精母细胞粗线中期，直至精子形成。青春期后才可检测LDH-C4活性，其活性与生精细胞的分裂增殖一致，其活性大小与精子的数量相关，代表着生精上皮细胞的完整性。LDH-C4与精子线粒体内转运系统结合并产生三磷酸腺苷 （ATP），并促使LDH氧化产生能量，是精子能量代谢的一个关键酶。

3.2蛋白激酶C（PKC）PKC是磷脂依赖性、Ca2+激活的蛋白激酶，PKC是细胞外信号引起细胞内生物学效应的重要通路，在细胞核内反应中亦起着重要作用。PKC可激活丝裂原活化蛋白激酶（MARK），与其他信号传导途径之间存在着联系。PKC可以把精子尾部轴丝微管蛋白作为底物，通过磷酸化调节精子运动。丁玉芹等［21］研究发现，弱精症患者精子PKCβⅠ含量明显降低，精子活力低下的原因与PKC的含量降低有关，PKC可通过ERK信号传导途径参与调节精子活动力。

3.3细胞周期检测点激酶1（Chk1）Chk1可通过信号转导和放大，调节靶蛋白表达，使细胞周期出现阻滞［22］。刘德凤等［23］研究发现，Chk1基因在正常组、少精子组、弱精子组、少弱精子组的精子中均有表达，且Chk1在各组中表达有差异，正常精子组Chk1基因表达明显高于病例组，进一步分析显示Chk1在不同患者中的表达显著不同，Chk1表达减少可能影响精子核DNA损伤修复，精子凋亡率增加，进而引起男性不育症。

3.4过氧化物酶1（PRDX1）过氧化物酶（PRDX）家族普遍存在于精子细胞内，具有酶活性高、精浆中含量高等特性［24］，有希望作为抗氧化酶来保护精子免受氧化应激损伤。PRDX1定位于细胞质，主要功能是清除机体代谢产生的过氧化物和超氧化物，保护细胞免遭氧化应激损伤。王海燕等［25］研究发现，PRDX1在特发性弱精子症患者精子中表达显著降低，而在正常健康对照男性精子中高度表达，结果认为在两组中存在明显的表达差异，并推测PRDX1表达降低是由氧化应激所致。

3.5过氧化物酶6（PRDX6）PRDX6是一种非硒依赖性过氧化物酶家族的成员之一，具有过氧化物酶和磷酸酶A2的双重活性。PRDX6最初定位是在细胞质溶胶中，但真正发挥作用位点是在细胞膜或酸性细胞器中。在氧化应激过程中，PRDX6出现向膜移位，具有抗氧化损伤的作用［26］。郭颖等［27］研究发现，质膜PRDX6表达率与精子活力呈显著负相关，这提示PRDX6在精子膜上、精子全蛋白中的表达水平与精子活力呈负相关。在氧化损伤过程中，精子中的PRDX6实现从胞浆到膜的转运从而对抗外界的损伤作用［28］。

3.6对氧磷酶-1（PON-1）PON是肝脏产生的酶，包括三个亚型。PON-1可与载脂蛋白A1（APOA1）结合，水解脂质过氧化物，防止低密度脂蛋白（LDC）氧化，其活性大小与脂质过氧化相关［29］。龚道元等［30］研究发现，健康对照组精浆PON-1活性显著高于男性不育症患者，且在各弱精子症组中，精浆PON-1活性与精子活力呈正相关。PON-1是男性生殖道中发挥主要作用的酶类抗氧化剂，PON-1活性与活性氧（ROS）呈负相关，PON-1活性降低导致氧化应激反应，最终引起精子运动能力下降，提高精浆中PON-1活性有助于提高精子活动力，并抑制精子畸形的发生。

3.7碳酸酐酶Ⅱ（CA2）CA是一组含锌金属酶，参与体内酸碱平衡调节、离子交换、上皮细胞分泌H+和HCO3-［31］。CA有14种亚型，存在于睾丸和附睾中，与精子运动相关，CA2是碳酸酐酶同工酶中的一种。赵纯等［32］研究发现，CA2特异地表达在长形精子的尾部，弱精症患者CA2表达明显高于生育男性。精子胞质中CA2浓度增加破坏酸碱平衡，引起精子运动能力低下，CA2表达增加可能是精子运动低下的一个原因［33］。

4　结论与展望

弱精症是男性不育患者的常见病因。本文综述后可得知：基因组学、蛋白质组学、酶学的改变也可引起男性精子活力低下，与男性不育症存在相关性。上述弱精症发病机制的明确，对于男性不育症的治疗与预后具有重要意义。

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R256.56

A

1674-1129（2016）04-0473-04

10.3969/j.issn.1674-1129.2016.04.019

安徽省铜陵市卫生局科研项目（卫科研2014［28］号）

焦瑞宝，男，1974年9月生，硕士，副主任检验师，研究方向：检验医学的临床、科研及教学工作，电话：0562-5838057。

（2016-03-24；

2016-05-15）