精索静脉曲张致睾丸生精功能障碍的机制研究进展

宋景艳，孙振高

(山东中医药大学，山东中医药大学附属医院，济南　250014)



·综述·

精索静脉曲张致睾丸生精功能障碍的机制研究进展

宋景艳，孙振高*

(山东中医药大学，山东中医药大学附属医院，济南250014)

【摘要】精索静脉曲张(Varicocele，VC)是男性生殖系统常见病之一，随着男性不育发病率越来越高，对VC与男性生殖关系的研究成为生殖医学的热点问题之一。近年来，对VC影响睾丸生精功能障碍机制的研究，主要着眼于睾丸温度升高、缺氧、氧化应激、返流、细胞凋亡等诸多环节，但对其确切的机制尚未阐明。探讨VC致睾丸生精功能障碍的机制对临床应用具有重要意义，本文对国内外VC致睾丸生精功能障碍的相关文献进行综述，以期为临床应用提供参考。

【关键词】精索静脉曲张；睾丸温度；缺氧；氧化应激；返流

(JReprodMed2016，25(2)：186-189)

精索静脉曲张(VC)是指精索静脉回流受阻或瓣膜功能障碍，血液返流，精索静脉内血流淤滞，导致蔓状静脉丛发生不同程度的迂曲扩张。VC是男性常见病，正常人群中发病率约为15%。早在16世纪，Ambroise即发现VC，1880年英国外科医生Barfield首先报道了VC可导致不育。1929年Macomber和Sander报道施行双侧精索静脉结扎术可使生育力恢复，但并未引起重视，直到1952年Tullocb报道了对患有VC的无精子症者，经手术后可恢复生育，才真正引起人们的重视。VC在男性不育患者中发病率为20%～40%，在继发性男性不育患者中约为70%。VC患者约65%出现精子浓度的降低，90%会出现精子活力的降低，精子形态则出现应激状态下形态异常(尖头精子>15%)和不成熟生精细胞增加等[1]。VC使男性睾丸生精功能下降是明确的，现就其机制作简要综述。

一、睾丸温度差异的缺失

精索蔓状血管丛紧贴于皮肤下，由血流方向相反的动脉和静脉组成，这些静脉和动脉血管在一些区域仅以血管壁相隔，静脉丛包绕着动脉，行程迂曲、延长，且血流缓慢。这种解剖学和血流动力学特征有利于热量和小分子的交换。通过精索的热量交换，提供给睾丸的温度较直肠温度低2～4℃，保障了睾丸内精子生成所需要的低于体温的微环境。VC及隐睾症导致的男性不育可能与这种温度差异的缺失有关[2-3]。

Garolla等[4]通过动态监测24 h内VC患者阴囊温度的变化发现，与对照组相比，VC组24 h内阴囊平均温度显著增加(P<0.01)，同时也发现其波动范围明显小于对照组，而且伴有精液参数的损害和血FSH水平的升高，说明VC对睾丸精子的发生产生了不利影响。该研究同时也发现VC伴有少精子症患者睾丸内血液平均流通时间明显高于VC伴精液参数正常者(P< 0.01)，睾丸内血流灌注的改变影响了精索的热量交换，导致了其温度的升高。但也有学者认为，VC伴精液质量下降患者的阴囊平均温度与正常人相比并没有显著差异[5]。

热休克蛋白(HSP)是机体在热应激状态下产生的，其能重新折叠那些错误折叠的蛋白以及直接删除不能修复的错误蛋白，以维持人体细胞的存活[6]。Ferlin等[7]在一项前瞻性研究中发现VC患者睾丸温度的升高激活了HSP的高表达来保护受损的生精细胞，但其机制尚未阐明。何萌萌等[8]通过模拟睾丸在热应激状态下局部发生的病理生理学变化，发现睾丸热应激43℃、20 min水浴能够引起生精细胞的凋亡导致生精障碍，同时HSP的高表达通过上调Bcl-2/Bax、下调活化Caspase-3途径从而阻止生精细胞及精子的凋亡，该研究在阐明睾丸局部温度升高致其生精功能障碍机制的同时，也为我们进一步探讨如何改善这种病理学改变提供了新的思路。

二、缺氧

缺氧诱导因子(HIF)是组织缺氧时所产生的特异性因子，其蛋白表达与组织缺氧程度成正相关[9-10]。HIF-1α是HIF的功能性亚基，其在缺氧条件下能够进入细胞核，与HIF-1β结合形成HIF-1，继而启动靶基因的转录，促进促红细胞生成素(EPO)、血管内皮生长因子(VEGF)等的合成，使组织细胞适应低氧环境。

Liang等[11]通过小鼠实验发现结扎左肾静脉引起VC的小鼠(手术组)相比正常小鼠(对照组)，左侧睾丸质量指数和精子活力显著降低，且精曲小管上皮细胞排列松散、无序，滤泡增多。通过观察免疫组化和蛋白印迹结果表明，手术组HIF-α和肿瘤抑制因子p53表达显著高于对照组，证明VC造成的组织缺氧(HIF-α水平升高)引起促凋亡蛋白p53过表达，致使精曲小管上皮细胞大量凋亡，精子生成过程受阻，最终导致睾丸生精功能下降。

肾上腺髓质素(ADM)是一种具有扩血管和利尿活性的多肽，存在于正常人的血浆中，参与血压的调控。Hu等[12]研究发现VC不育患者精索内静脉血浆ADM与HIF-1α浓度显著高于其肱静脉血浆浓度，VC伴生育功能正常组亦是如此，且前者ADM与HIF-1α浓度明显高于后者。同时也发现VC不育患者血浆ADM浓度与活性氧代谢产物(ROM)和HIF-1α的升高呈正相关，故推测ADM可能参与了HIF-1α诱导的VC患者精子发生机制的损伤过程，其通过自分泌、旁分泌作用使睾丸生精细胞适应低氧环境。缺氧对VC患者睾丸生精功能的损害显而易见，而Hu等的研究为我们治疗VC引起的精液参数下降提供了新的思路。

三、氧化应激

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内高活性分子如活性氧自由基(ROS)产生过多，氧化程度超出机体的清除能力，从而导致组织损伤。有研究发现，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)水平在VC不育患者中普遍降低，VC引起氧化应激导致的不育是一个长期发展的过程。

众多研究证明生理性ROS在精子的成熟过程中扮演着重要的角色，包括精子的获能和顶体反应[13]。VC患者由于睾丸局部发生缺氧、代谢性酸中毒等，ATP被分解为次黄嘌呤，并在黄嘌呤氧化酶作用下产生超过生理量的ROS，破坏氧化/还原动态平衡、过度激活促凋亡基因p53及Ca2+/Mg2+依赖的核酸内切酶、脂质过氧化损伤细胞膜等机制，最终诱发生精细胞凋亡[14]。ROS通过启动细胞膜的脂质过氧化，生成大量脂质过氧化物(LPO)，LPO攻击细胞生物膜，使腺苷酸环化酶活化受限引起cAMP减少，导致精子形态、功能及代谢异常[15]。然而并没有发现ROS产量与VC严重程度间显著的正相关关系[16]。

Gong等[17]在研究中发现过氧化还原酶(PRDx)在VC患者精液标本中含量较低而巯基氧化PRDx升高，PRDx比率(巯基氧化PRDx/总PRDx)升高与精子活力成负相关，而与精子DNA完整性和精子脂质过氧化反应成正相关，由此可见，PRDx在VC患者体内的抗氧化应激作用、维持精子DNA完整性以保护睾丸生精功能中扮演了重要的角色。

Smith等[18]发现VC患者中，即使精液常规检查提示各项参数均在正常范围内，仍有(20.7±4.0)%的精子存在染色体DNA损伤；而在精液常规检查各项参数不正常的患者中，则有(35.5±9.0)%的精子染色体DNA受到损伤。存在DNA损伤的精子最终在Fas系统、Caspase系统及Bcl-x等机制作用下凋亡。或者即使还未发生凋亡，这些精子用于IVF-ET或ICSI时，最终也将导致胚胎质量下降，妊娠率降低。睾丸局部的氧化应激反应确实对精子发生产生了不可逆损害，但因为男性较大的生育潜力，一部分患者仍然能够生育。

四、血管活性物质的毒性作用

VC患者精索内静脉存在血液流通障碍，这与其解剖学位置密切相关，肾静脉血液返流往往会携带来自肾脏和肾上腺的代谢产物，目前认为，这些代谢产物中去甲肾上腺素、肾上腺素等对睾丸生精功能有较大影响。

许宁等[19]研究发现，VC患者局部的去甲肾上腺素和肾上腺素浓度明显高于对照组，提示去甲肾上腺素和肾上腺素在局部过度增加可能与VC发生不育的病理生理过程密切相关。去甲肾上腺素和肾上腺素通过自氧化所产生的氧自由基攻击分裂旺盛的生精细胞，导致生精细胞的凋亡增加，这可能是VC患者睾丸生精功能受损并引发不育的重要原因。

五、生精细胞凋亡

细胞凋亡在生精细胞发育过程中发挥着重要作用。生精细胞凋亡出现在精子发生的各个阶段，它可以清除发生突变(DNA损伤或突变)的生精细胞，从而维持生精细胞基因的完整性，保证配子的质量，对维持基因遗传的稳定性至关重要。研究发现，有不少基因产物参与凋亡调控，这些基因产物可参与促进或抑制细胞凋亡的发生、发展，因此检测凋亡调节基因产物对研究细胞凋亡及其调控有重要作用。

Agarwal等[20]在对单侧与双侧VC不育男性差异蛋白质组分析中发现，与单侧VC相比，双侧VC不育男性拥有64种差异蛋白；与双侧VC相比，单侧VC不育男性拥有31种差异蛋白。这些差异蛋白的主要生物学途径为细胞凋亡、新陈代谢以及信号传导。Eid等[21]通过临床试验发现，VC不育患者精液中肿瘤坏死因子(TNF)诱导的细胞凋亡配体水平(TRAIL)显著高于有生育能力的VC患者以及对照组；VC不育患者中TRAIL与精子活力呈显著负相关；TNF与其配体结合形成复合体进而激活一系列凋亡蛋白酶来执行其促进细胞凋亡的作用。提示VC致睾丸生精功能障碍与细胞凋亡密切相关。

六、分子遗传学改变

随着VC致不育机制研究的不断深入，越来越多的学者开始关注VC不育患者的分子遗传学改变。陈海昕等[22]研究VC不育患者112 例，收集其直系男性亲属117 例，结果显示，亲属组VC发病率显著增高，提示此病具有一定的遗传学倾向。

血小板源性生长因子(PDGF)及其受体在男性胚胎及其出生后的性腺发育中扮演着极其重要的角色。PDGF缺乏与精子发生障碍密切相关。Gentile等[23]对105名VC不育患者进行研究发现，人碱性磷酸酶1(ACP1)基因型呈现出高度活跃性，ACP1部分基因型VC患者精液浓度显著降低(ACP1能够将PDGF受体去磷酸化，以降低其生长因子的活性)；该研究最终发现约有10%精液参数较差的VC患者表现为较活跃的该基因型。无论此基因型的改变是先天存在，还是后天基因突变形成，其对精子发生的不良影响却是不容置疑的。

杨慎敏等[24]对355例非梗阻性无精子症及严重少精子症患者进行染色体微缺失检测，发现染色体微缺失患者34例，其中观察到4例伴随VC，其中1例此前接受了VC手术治疗，该患者术后精子质量并未得到明显改善。提示VC患者可同时存在染色体微缺失，且微缺失病例如伴有VC，VC手术治疗对精子质量的改善可能无益。Y染色体无精子因子(AZF)微缺失在生育男性中的发病率约为0～0.87%，而在不育男性中的发病率报道不尽一致，发生范围为0.4%～55.5%，平均发生率为10.18%。朱海波等[25]在一项调查中发现，VC伴有严重少精子症患者Y染色体AZF微缺失发生率为19%，显著高于VC伴有轻度少精子症患者的11%，亦显著高于特发性轻度少精子症患者和对照组，提示AZF的微缺失与VC致生精功能损害继而引发不育密切相关。

综上所述，VC致睾丸生精功能障碍可能是多种因素共同作用的结果，各种因素互为因果，互相联系，共同作用于机体，最终导致生精功能障碍。VC能够降低睾丸生精功能，但大多数VC患者仍可以生育，提示VC降低男性生育力的影响并不是必然的，其严重程度是否与男性生育力的下降成正比也存在一定的争议[26]。但VC导致男性不育仍然是客观存在的，尽管目前尚未形成共识，但不能否认大量的机制研究对VC不育患者的治疗提供了良好的临床指导。对于VC引起男性不育的治疗不能局限于单纯的结扎或阻断精索静脉，可以在此基础上辅以理疗、氧疗、抗氧自由基、抗凋亡、调节免疫等其他治疗手段，尽可能纠正VC造成的病理改变，以期达到治疗不育的效果。随着VC导致睾丸生精功能障碍机制研究的不断深入，VC的治疗和预防必将有更加广阔的前景。

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[编辑：侯丽]

Research progress of the mechanism of spermatogenesis dysfunction induced by varicocele

SONGJing-yan，SUNZhen-gao*

ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine，theAffiliatedHospitalofShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine，Jinan250014

【Abstract】Varicocele is one of the common diseases of male reproductive system，and the relationship between varicocele and male fertility become one of the hot issues of reproductive medicine along with increase of the incidence of male infertility. For the past few years，the mechanism of spermatogenesis dysfunction induced by varicocele has focused on higher testicular temperature，hypoxia，oxidative stress，reflux，immunity，apoptosis，et al. However，the precise mechanism has not yet been elucidated. So it is of great significance to explore spermatogenesis dysfunction mechanism induced by varicocele. Based on this background，the paper reviews the literatures from China and abroad，about the mechanism of spermatogenesis dysfunction induced by varicocele.

【Key words】Varicocele；Testicular temperature；Hypoxia；Oxidative stress；Reflux

【作者简介】宋景艳，男，山东东营人，硕士，中西医结合生殖医学专业.(*通讯作者)

【基金项目】国家自然科学基金(81373676)；山东省科技发展计划项目(2014GSF119021)

【收稿日期】2015-06-01；【修回日期】2015-07-12

DOI：10.3969/j.issn.1004-3845.2016.2.017