维生素D与男性生殖

王宁，王璐，王志敏，赖德芳，纪霞，杜海燕

(内蒙古医科大学第三临床学院，包头 014010)

不孕不育是由多种原因导致的生育障碍状态，是生育期夫妇生殖健康的不良事件，不孕不育病因构成中的男性因素占40%。在过去的40年里，男性的精液质量在全球范围内呈现逐年下降的趋势，目前有关男性生育能力及其影响因素成为研究热点[1]。随着对维生素D研究的不断深入，发现维生素D除了调节钙磷代谢及吸收，维持肌肉及骨骼的健康及稳态外，还参与了男性生殖的各个环节，并通过调节维生素D受体(Vitamin D receptor，VDR)和维生素D代谢酶影响男性生育[2]。大量研究表明维生素D通过基因组及非基因组效应影响睾丸功能，进而影响性激素的产生、精子质量及干扰生殖肿瘤进展，最终影响男性生殖。现就近年来关于维生素D与男性生殖之间的相关性研究进行综述。

一、维生素D简介

1.来源与代谢：维生素D的生化结构类似于类固醇激素，主要发挥作用的是维生素D3，可通过饮食获取，但主要通过表皮细胞中的7-脱氢胆固醇经太阳紫外线照射后产生。维生素D3无生物活性，需要经过两次羟化才具有生物活性。最初，维生素D3转化为25-羟基维生素D3[25-(OH)-VitD3]是由肝脏中25羟化酶(CYP2R1、CYP27A1基因编码)调节的，然后25(OH)D3与维生素D结合蛋白(vitamin-D binding protein，DBP)通过血液循环转运到肾脏。在lα-羟化酶(CYP27B1)的调控下，25-(OH)-VitD3被转化为具有生理活性的1，25-(OH)2-VitD3 (骨化三醇)，1，25-(OH)-VitD3是维生素D的最终活性形式。在DBP转运蛋白的载运下，经血液到达靶器官与靶器官维生素D受体结合，发挥其生物学效应。之后24-羟化酶(CYP24A1)灭活机体内的维生素D并排出体外[3]。

2.维生素D的作用：维生素D的主要作用是调节钙和磷的稳态，促进骨骼钙化。另外，研究发现维生素D具有多重作用，包括在多个靶器官和系统上的自分泌，旁分泌和内分泌功能。维生素D的主要靶器官是肠、骨骼系统、肾脏和甲状旁腺。最近的研究扩展了维生素D靶器官的范围，包括脂肪组织、甲状腺、免疫系统、胰腺、心血管中枢神经系统以及生殖系统[4]。维生素D通过与受体的结合和激活发挥其各种生物学作用。有研究证实睾丸和精子中存在VDR和维生素D代谢酶的表达。维生素D缺乏对动物或人类的精液和激素功能都有负面影响。然而关于维生素D在男性生殖中的作用缺乏共识。

3.VDR与维生素代谢酶的表达：VDR 在男性生殖系统中广泛表达，但表达水平各不相同，主要在精囊、附睾中表达。VDR在精子中主要表达部位为顶体后区、精子颈部和精子中段，在精子的产生和运输中发挥重要作用[5]。维生素D在靶器官中的反应依赖于VDR是否表达及表达水平的高低[6]，同时也受到维生素D代谢酶的调节。维生素D代谢酶主要包括：维生素D激活酶(CYP2R1、CYP27A1、CYP27B1)，维生素D失活酶(CYP24A1)。维生素D激活酶的mRNA在男性睾丸、附睾、前列腺、精囊中均有表达，但主要在生精细胞中表达。CYP24A1同样在男性生殖器官中广泛表达，但在健康男性精子环中表达显著，精子环位于精子中段的后端，在线粒体鞘最后一圈，是该处质膜向内转折而成，为哺乳类动物精子所特有。Bøllehuus等[7]研究发现CYP24A1表达较高的精子成功妊娠的可能性更高(P<0.05)。CYP24A1在精子环上的表达可以作为一种新的精液质量指标和精子功能的客观替代指标。

4.维生素D参与的男性生殖相关信号通路：维生素D通过调节生殖组织中的钙离子间接影响男性生育能力。钙离子在男性生殖系统中对精子发生、精子运动、过度激活和顶体反应是必不可少的因素[8]。分子研究表明维生素D通过激活位于精子颈部的三磷酸肌醇受体门控的钙离子通道，增加精子活力和无获能精子的细胞内钙浓度，并促进胆固醇流出和酪氨酸/苏氨酸蛋白磷酸化，加快精子的运动并增强顶体酶活性，这是精子获能的重要能量来源[9]。这些分子通路在精子获能和顶体反应过程中起关键作用。

二、维生素D与男性生殖健康

1.维生素D与男性生殖系统：维生素D缺乏导致VDR信号下调，抑制睾丸生殖细胞增殖，影响男性生育能力。有证据表明，生殖细胞增殖在睾丸发育和精子发生中起着至关重要的作用，维生素D通过上调维生素VDR信号，调节生殖细胞增殖和分化[10-11]。近期一项研究也表明维生素D缺乏的小鼠睾丸重量和精子质量降低，睾丸生殖细胞增殖受到抑制[12]。

2.维生素D与睾丸癌：睾丸癌大多数起源于生殖细胞，年轻男性群体多见，并对男性生育能力构成威胁[13]。关于维生素D在睾丸癌中的潜在作用研究较少，缺乏流行病学证据。有研究证实VDR和维生素D代谢酶在人睾丸原位癌中高表达，而在侵袭性的肿瘤中表达降低，维生素D可能通过干扰癌细胞的增殖、分化和凋亡，以及血管生成和上皮-间质细胞的转变，调节与癌症相关的分子通路[14]。此外有研究表明睾丸癌患者维生素D水平显著下降，引起一系列并发症[15]。对于有生育要求的睾丸癌患者，建议监测维生素D水平，补充维生素D可以作为一种辅助手段与化疗药物相结合，减少化疗药物的使用，保护生育能力。

3.维生素D与勃起功能：Canguven等[16]对维生素D缺乏的中年男性患者进行为期1年的大剂量维生素D治疗，结果显示维生素D治疗可改善中年男性勃起功能。Holland等[17]将受试者根据血浆25-羟基维生素D水平分为三组：缺乏组(<20 ng/ml)、不足组(20～30 ng/ml)和正常组(>30 ng/ml)，研究发现维生素D水平与国际勃起功能指数评分呈正相关。关于维生素 D 改善男性勃起功能障碍的具体机制尚不明确。有研究报道显示：维生素D通过一氧化氮/环磷酸鸟苷信号通路，使阴茎海绵体平滑肌松弛，血管充血，促进阴茎勃起[18]。鉴于维生素D导致勃起功能障碍作用机制不明确。今后需要进一步要阐明维生素D在男性性功能中的确切机制。

4.维生素D对精液参数的影响：近期研究证明维生素D对精子发生和精子成熟起重要作用[14]。Wadhwa等[19]研究发现补充维生素D 6个月的不育男性及少精症男性的平均精子浓度和精子活力显著改善。同样Sun等[20]研究也发现低维生素D小鼠模型中精子数量和活力降低，当通过饮食使血清钙正常化时精液质量显著改善。然而也有一些研究表明维生素D与精子质量及形态并无关系[21-22]。王家雄等[23]研究发现维生素D摄入不足对精子质量的影响程度并不突出，维生素D对男性生殖的具体影响还有待进一步研究。Rudnicka 等[24]研究西班牙198名在校大学生发现尽管西班牙男性饮食摄入维生素D量较低，但血清维生素D水平仍保持不变，因此无法证实低维生素D与精液质量相关。虽然维生素D与精子质量之间的关系仍然存在争议，但是目前研究更加倾向于维生素D缺乏会影响精子质量。

三、维生素D与性激素

1.维生素D与睾酮：Chen等[25]对4 257名男性的基因进行孟德尔随机化分析发现：调控维生素D生成的等位基因减少与睾酮水平降低有关，维生素D与睾酮在生物学上是相关的，但是两者之间的具体关系有待商榷。Wang等[26]研究发现，在中国男性中，25-(OH)-VitD3与总睾酮及性激素结合球蛋白显著相关，并且与性腺功能低下症的高患病率之间存在正相关。Canguven等[16]发现补充维生素D能够显著提高睾酮水平。然而Heijboer等[27]在对马来西亚及当地华裔男性研究中发现，虽然25-(OH)-VitD3与总睾酮和性激素结合球蛋白(SHBG)显著相关(P<0.05)，但对体重指数进行调整后，未发现明确关联性。近期的一项荟萃分析[28]也显示补充维生素D不能提高男性的睾酮水平。这些差异可能与不同的研究设计和研究对象有关。而且有研究认为肥胖会影响男性生育能力，可能与脂质代谢障碍导致的睾丸间质细胞功能不全有关。维生素D与睾酮的剂量-反应关系同样存在分歧。来自欧洲[29]和美国[30]的两项大型多中心横断面研究表明，25-(OH)-VitD3浓度与雄激素水平呈正相关即线性关系。而Karras等[21]发现两者之间不存在线性关系，维生素D与睾酮可能呈倒“U”型关系。目前关于两者之间的剂量-反应关系是线性关系或“U”型关系有待明确，出现分歧的原因可能与样本大小、年龄、种族以及统计方法不同有关，需要进一步研究。

维生素D对睾酮产生影响的分子机制目前尚不清楚。目前有以下两种猜测：(1)维生素D可能通过调控睾酮合成的相关基因发挥作用，Hirai等[31]对补充维生素D后的小鼠睾丸进行特异性cDNA微阵列分析后发现，在2 483个睾丸特异基因中，有19个基因表达上调。在这些基因中，最主要的是ATP结合盒转运蛋白A1(ATP-binding cassette transport protein A1，ABCA1)。ABCA1基因是调节细胞胆固醇稳态的基因，在睾丸支持细胞中高表达，影响男性的生育能力；Hofer等[32]首次对人类睾丸进行基因芯片分析发现维生素D显著增加了人类原代睾丸细胞培养模型中63个生殖基因表达及睾酮的合成。(2)可能通过间接调控骨钙素进而影响睾酮水平[31]。关于维生素D与睾酮之间的分子机制存在许多假设，需要进一步研究进行明确。

2.维生素D与雌二醇：维生素D与雌二醇之间的关系同样存在争议。动物研究发现VDR基因敲除的雄性小鼠出现精子数量减少和活力降低，性腺发育不良及功能低下[33]。小鼠性腺中芳香化酶(P450arom)活性降低，编码P450arom的基因CYP19表达受到抑制，P450arom是雌激素生物合成的关键酶，主要影响雌激素水平。维生素D可能通过诱导调控雌二醇相关基因间接发挥作用。然而也有研究者得出不同结论，认为维生素D与雌二醇之间并无显著相关性[17，22，34]，补充维生素D不能提高体内雌二醇水平[35]。近期的一项研究却发现维生素D缺乏的年轻男性的总雌二醇和游离雌二醇浓度高于维生素D水平较高的男性[36]。

3.维生素D与抗苗勒管激素(anti-Mullerian hormone，AMH)、抑制素-B(INH-B)及多肽激素胰岛素样3(INSL3)：目前关于维生素D与AMH及 INH-B、INSL3的研究较少。AMH主要由睾丸未成熟的支持细胞产生，调控AMH基因的启动子中存在VDR，多项国内外研究表明精浆AMH 水平与精子密度、活动率呈正相关，AMH水平的高低可以反映男性生育能力的高低，可以作为衡量男性生育力的指标之一[37-39]。一项队列研究[40]表明成年男性血清维生素D与AMH呈正相关，对于未成年男性，两者之间无显著相关性。然而也有研究者观察到当维生素D浓度达30 ng/mL时，AMH与维生素D之间的关系呈负相关[41]。两者之间的具体关系还需进一步研究。INH-B主要由支持细胞产生并受生殖细胞增殖状态的影响，且与精子数成正比。INSL3由间质细胞产生，通过自分泌作用调节睾酮的产生，并通过旁分泌作用调节精子发生[6]；维生素D与INSL3及INH-B之间的关系目前没有明确的报道，还有待进一步研究。

四、总结

综上所述，维生素D与男性生育能力存在密切联系。虽然在动物和人类中的现有研究表明，维生素D对男性不育、性激素、睾丸癌、勃起功能、精子质量作用存在争议，并且它们之间分子机制不太明确，但总体来说，维生素D对男性生育能力是有益的。临床上应该注重监测不育男性的维生素D水平，对于维生素D缺乏的弱精子症患者可以尝试补充维生素D，进一步提高生育能力。未来的研究需要更好地阐明维生素D对男性不育的影响，为辅助生殖技术优选精子提高妊娠率提供新思路。