蓝莓花青素与男性生殖功能损伤机制的研究进展

黄涛 李威 喻英 穆毅 唐开发

1贵州医科大学（贵阳 550004）；2贵州医科大学附属医院泌尿外科（贵阳 550004）

男性生殖功能障碍是近几十年才引起临床及相关研究人员关注的一种疾病。男性生育能力下降的原因离不开氧化应激（OS）与炎症介质，其中活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）似乎在精子DNA 损伤的产生、精液参数受损和精子功能衰竭中发挥重要作用［1］。近年来，针对OS 及炎症介质造成的男性不育治疗方案和策略层出不穷，而中草药也逐渐进入人们的视野。本综述就植物抗炎、抗氧化剂当中较为常见的蓝莓花毒素（BA）与OS、炎症介质的最新研究进展进行综述，期望为男性生殖功能障碍患者的治疗和预后提供帮助。

1 男性生殖功能障碍

男性不育被定义为1年内规律且无保护措施的性交而女方无法怀孕。WHO 调查估计，育龄夫妇不育问题中约50%的病例是由男性引起的。20 世纪80 代以来，流行病学统计结果显示：整个社会男性人群的精子浓度和总数整体下降，甚至超过半数，下降值分别是52.4%、59.3%［2］。国内的相关研究也表明2001-2018年，健康男性精液的各项参数均随时间的变化呈现下降趋势［3-4］。因此，男性生殖功能障碍已成为一个全球性的医学及社会问题。

造成男性生育能力损害的因素很多，其中包括年龄、体质量、身体成分比例等生理因素；代谢综合征、感染、炎症、精子DNA 碎片率（DFI）升高等病理因素；焦虑、创伤、压力等心理因素；生理活动、吸烟、饮酒、吸毒等生活方式以及暴露于毒素、重金属、辐射、PM2.5 等环境因素［5-11］。

2 氧化应激及炎症介质对男性生殖系统的不良影响

2.1 氧化应激对男性生殖系统的影响 男性生殖功能在某些因素作用下将产生极其严重的影响，如热应激会严重损害雄性豚鼠的生殖功能，表现为睾丸结构和精子特征的显著改变，其机制可能是热应激导致睾丸丙二醛水平升高，GSH-Px、SOD、CAT 等酶的活性降低［12］。当线粒体膜脂质遭受ROS 的侵犯时，将阻碍呼吸链电子的传递，导致男性生殖功能的病理性改变［13］。此外，男性生殖毒性是顺铂的副作用，其会诱导的睾丸OS 标志物和炎症介质（TNF-α 和iNOS）发生变化，也可导致凋亡标志物caspase-3 和Bax 的睾丸基因表达增加及Bcl-2 的减少，最终造成男性生殖功能低下［14］。造成男性生殖功能障碍的因素较多，其中ROS 在男性生殖系统疾病的发生发展过程中扮演着重要角色，甚至可以决定男性能否繁衍后代，然而对男性造成的威胁远不止此。

2.2 炎症介质对男性生殖系统的影响 炎症介质是男性不育的核心要素之一，男性生殖系统的炎症反应会对生殖细胞和细胞内成分造成损伤。邻苯二甲酸二乙基己酯可以提高血清中TNF-α 和IL-6 水平，进一步造成睾丸中TNF-α、IL-1β 和IL-6的mRNA 表达增加［15］。炎症介质中的NO 在中高浓度时作为促炎介质诱导OS，从而降低精子活力。在感染、精索静脉曲张或糖尿病等病理条件下，过量的NO 产生会导致精子毒性，并通过过氧亚硝酸盐的形成降低精子活力［16-17］。因此，在男性生殖系统遭到损害的因素中，炎症介质和OS 相互影响，互为因果。

3 BA 对氧化应激及炎症介质造成男性生殖障碍的改善作用

3.1 BA 在临床中的相关应用 BA 为浆果蓝莓中提取的主要活性物质，是重要的抗氧化物质之一。在肥胖和超重个体参与一项摄入蓝莓果实的医学营养治疗研究中发现：参与人员的BMI、胰岛素水平、胰岛素抵抗、低密度脂蛋白、总胆固醇和尿酸水平在服用蓝莓后均显著下降，而起到关键作用的可能就是BA 或者多酚［18］。黄宗锈团队也选择了120 名志愿受试者，A 组服用受试物，B 组服用安慰剂，服药周期35 d，最终结果表明试验组受试者的视物模糊、眼干涩、症状总积分均得到改善、明视持久度提高［19］。此外，以抗氧化和抗炎特性而闻名的BA 成功与水凝胶结合，在受伤的创面应用负载BA 的水凝胶之后，伤口愈合明显加快，同时也促进了上皮和组织再生和胶原沉积和血管生成［20］。

3.2 BA 可通过干预氧化应激损伤途径来改善男性生殖功能障碍

3.2.1 BA 可通过促进（和）或增加抗氧化酶以改善男性生殖功能障碍 GSH-Px、SOD、CAT 等三组蛋白酶和非酶系等抗氧化物质作为ROS 清洁剂发挥着巨大作用。在BA 的作用下，酶系和非酶系等抗氧化物质的活性会突显出来。LOU 等［21］采用蓝莓花青素提取物来治疗大鼠白内障，结果显示除了可以提高大鼠晶状体上皮细胞SIRT1 活性及下调NF-κB 活性，还会增加SOD 和GSH-Px 活性来抑制氧化应激反应。张卓睿团队［22也证实小鼠肝脏中T-SOD 和GSH-Px 的活性还可以在BA的作用下得到明显提升，且丙二醛含量降低，总抗氧化能力增强］。蓝莓花青素提取物、锦葵素（malvidin，Mv）、锦葵素-3-葡萄糖苷（malvidin-3-glucoside，Mv-3-glc）和锦葵素-3-半乳糖苷（malvidin-3-galactoside，Mv-3-gal）均能降低H2O2，从而降低ROS 和MDA 的水平，并增加人视网膜色素上皮细胞中SOD、CAT 和GSH-Px 的水平来抑制OS［23］。此外，在ALKHALF 等［24］研究中还发现，BA 对辐照所致小鼠血清中SOD 活性的降低也具有明显的拮抗作用。

酶抗氧化防御系统和非酶抗氧化防御系统作为清除ROS 的第一道防线，催化超氧化物的歧化反应，与CAT、GPX、抗坏血酸过氧化物酶协同作用，有效保护生殖细胞和机体本身。

3.2.2 BA 可通过修复（和）或干预精子DNA 损伤以改善男性生殖功能障碍 精子DNA 的完整性对于遗传信息的准确传递是必不可少的，携有DNA损伤的部分精子可将遗传缺陷传递于后代，可能导致子代遗传表观和特性发生变化。ALKHALF等［24］用BA 对辐照大鼠影响的研究中进行了DNA片段化试验，该实验表明在受辐照的大鼠中有大量DNA 断裂，而补充BA 的大鼠中却没有DNA 断裂，且在辐照期间用BA 处理对DNA 断裂具有中等保护作用。此外，补充BA 除了影响基因组DNA 甲基化水平外，还通过减少氧化应激、增强抗氧化能力、保护α-TP 代谢和调节基因表达来改善全氟辛酸的毒性效应［25］。通过对Cd 诱导的青春期男性小鼠损伤进行建模并用花青素-3-葡萄糖苷（Cyanidin-3-Glucoside，C3G）喂养，证明C3G 可以挽救精子的数量和活性，也在精子发生过程中表现出对Cd 诱导的组蛋白修饰的部分抗性，并防止了精子核中DNA 的氧化损伤［26］。

精子在产生和成熟的过程中，当修复途径缺陷时会导致精子的发育停滞和异常重组，最终导致男性不育。因此，DNA 的完整性对精子发育和胚胎的质量来说至关重要，在BA 的干预下，利于DNA 损伤的修复和保护。

3.2.3 BA 可通过拮抗脂质过氧化来改善男性生殖功能障碍

3.2.3.1 BA 可通过保护（和）或修复细胞膜以改善男性生殖功能障碍 人类精子膜中含量较高的多不饱和脂肪酸增加了膜脂质过氧化的敏感性，花青素则能通过优化血清饱和和不饱和脂肪酸的分布，在增强抗氧化防御能力方面发挥积极作用。有关研究［27］表明，C3G 降低了大鼠Leydig 细胞系（R2C）细胞的膜脂氧化和线粒体膜电位的损伤率，上调了类固醇急性调节蛋白表达，促进了胆固醇转运，最终促进了R2C 细胞中孕酮或睾酮的合成。在矫馨瑶等［28］的研究中发现，BA 除了能增加对·OH、DPPH 自由基、H2O2、O2·及Fe3+等物质的清除率，对脂质过氧化也能起抑制效果。ROS 会主动攻击存在于精子膜中不饱和脂肪酸的双键，导致脂膜发生氧化损伤，致使精子膜的流动性和完整性受到损害，从而进一步造成精子与卵子识别、融合及信息传递等障碍。故而，我们要深入了解BA 在膜脂成分与精子的相关性，这将有助于我们为男性生殖功能障碍的诊断、治疗及预后提供新的诊疗思路及方法。

3.2.3.2 BA 可通过抑制（和）或减弱细胞凋亡以改善男性生殖功能障碍 从胚胎发育的角度来看，细胞凋亡被认为是至关重要的，贯穿于生物体的整个生长过程中，有助于组织的更新和摆脱炎症细胞，但其却不可过度凋亡。研究证实了BA 能显著抑制H2O2诱导的人视网膜色素上皮细胞凋亡，降低血管内皮生长因子水平，并激活Akt 信号通路，激活的Akt 可以作为核因子E2 相关因子2（Nrf2）活化的上游信号，增强escin 介导的视网膜色素上皮细胞抗氧化和对抗H2O2的细胞保护活性［23，29］。蓝莓花青素提取物通过抑制衰老和细胞凋亡以及将过表达的血管内皮生长因子（VEGF）下调至正常水平来保护这些细胞免受光诱导的损伤，从而对视网膜色素上皮细胞有益［30］。

细胞存活是机体得以延续的基本条件，当生殖细胞受到损伤时，可在BA 的作用下，通过caspase-3、Akt 等相关信号通路来调节细胞活性，从而改善男性生殖功能。

3.2.3.3 BA 可通过改善（和）或纠正线粒体损伤以改善男性生殖功能障碍 精子线粒体功能的缺陷损害了维持精子运动所需的能量产生，并且可能是弱精子症的根本原因。ROS 的过量产生与线粒体功能障碍密切相关，其特征是线粒体膜电位的丧失、线粒体质量的增加、线粒体呼吸复合物的改变、细胞色素c 的释放、线粒体转录因子A 的减少和mtDNA 断裂的增加［31］。在SUN 等［32］研究中发现，丙烯酰胺（AA）和缩水甘油酰胺（GA）（GA 是AA 的最终基因毒性代谢物）暴露增加ROS 水平并降低线粒体膜电位，导致黄体酮产生减少，C3G 则通过抑制ROS 生成、线粒体膜去极化和细胞凋亡以及激活类固醇生成酶，有效降低AA 和GA 诱导的生殖毒性。Bax 是BCL2 家族的成员，当细胞凋亡信号出现时，Bax 的分子结构发生变化，然后线粒体的通透性转换孔通过与电压依赖性阴离子通道相互作用，最终线粒体膜遭到损害，而BA 干预下显著抑制了Bax 和Caspase3 的表达，从而阻碍线粒体遭到进一步的损害［33-34］。

因此，经BA 干预下发现线粒体通透性过渡孔开口减少，总抗氧化应激能力显著增加，线粒体膜电位的去极化和膜脂质过氧化得到改善，对某些因素诱导的线粒体损伤提供了显著的保护。

3.3 BA 可通过阻断（和）或减少炎症介质以改善男性生殖功能障碍 研究［35］证实了多种炎症细胞因子如IL-1β 和IL-6 以及PGE2 等相关炎症介质都会受到BA 的调节作用，从而抑制炎症细胞产生的ROS。Mv-3-glc 和Mv-3-gal 是BA 重要成分，其可抑制TNF-α 诱导的单核细胞趋化蛋白-1、细胞间粘附分子-1 和血管细胞粘附分子-1 的产生以及IκBα 的降解；不仅如此，Mv-3-glc 和Mv-3-gal 能够抑制p65（NF-κB 的一个亚基）的核转位，表明Mv-3-glc 和Mv-3-gal 可以阻断促IκBα 下游的炎症信号［36］。XIAO 等［37］研究发现，C3G 可以通过血睾丸屏障抑制炎性细胞因子来改善结肠炎小鼠的精子质量和受损的生育能力，并且相对低剂量（12.5 mg/kg 和25 mg/kg）的C3G 可通过改善结肠炎和降低血清炎性因子水平来减轻炎性因子对睾丸的损害。

在病理和生理过程中，NO、NF-κB、TNF-α、IL-1β 和IL-6 等炎症介质的反常功能取决于机体的整体状态和氧化系统-抗氧化系统的平衡。然而，BA 对于炎症介质的具体作用机制及如何通过简单检测来预判男性生殖功能状态是我们接下来继续探索的方向之一。

4 总结与展望

综上所述，BA 可以作为抗氧化物酶类物质或非酶物质改善和缓解ROS 及炎症介质对精子、生殖细胞及器官的损伤。除了影响基因组DNA 甲基化水平、防止精子核中DNA 的氧化损伤外，还通过减少氧化应激、增强抗氧化能力、保护α-TP 代谢和调节基因表达来改善生殖功能状态。脂质过氧化时，BA 的生理活性会稳定细胞膜的稳定性和修复损伤的功能，并使线粒体的功能和结构可以得到恢复，保护细胞免受氧化应激的侵袭及凋亡。BA 可调节L-1β、NO、IL-6 以及PGE2 等相关炎症介质，阻断炎症信号通路，直接或间接减少炎症细胞产生的ROS 来改善生殖系统的损伤。

然而，现阶段大部分实验研究仍停留在动物实验阶段，BA 对男性生殖系统的抗炎、抗氧化作用机理上尚未研究清楚，BA 成分之间的是否存在协同作用以及BA 发挥预期效果所需具体剂量也是未知的。因此，进一步研究BA 对男性生殖功能障碍的具体疗效、作用机制、调控网络及作用靶点是我们接下来的研究重点。