白藜芦醇对哺乳动物雄性生殖系统有益作用的研究进展

邵明广， 陈举昆， 王天阳， 吴科瑜，王 宇， 李思强*， 李恩中*， 贾慧婕

（1.黄淮学院生物与食品工程学院，河南驻马店 463000；2.新乡医学院基础医学院病理学系，河南新乡 453003；3.黄淮学院农副产品发酵工程与应用研究所，河南驻马店 463000）

随着环境污染的增加、精神压力的增大及药物滥用等问题的加剧，男性不育症患者越来越多，已成为影响人类健康的重要疾病之一（Azhar等，2021）。目前，关于男性不育症的保健品和药物均较少，虽然传统中草药在改善哺乳动物雄性生殖方面具有良好的效果，但由于药物种类繁多、成分复杂以及结构不明确等原因，使其药理作用和相关机制难以阐明。因此，结构均一、成分明确的雄性生殖药物的开发与应用，对畜牧优良育种的发展乃至人类生殖健康具有重要意义。

白藜芦醇（3，4'，5-三羟基-1，2-二苯基乙烯，Resveratrol）是一种从植物中提取的天然化合物，分子式为C14H12O3，分子质量为228.25 Da（Koushki等，2018），主要存在于虎杖、葡萄、花生等植物。当植物受到外界刺激伤害时，如病原菌的侵入、太阳的暴晒等，白藜芦醇开始发挥其作用，故其最初被称为植物的应激保护素（Galiniak等，2019）。白藜芦醇是由二苯乙烯键连接2个酚环组成，具有顺式与反式2种构象，其中，反式构象在自然界中最为常见且是目前研究较多的一类非黄酮类多酚有机化合物，反式白藜芦醇（RSV）在紫外线的刺激下会发生分子重排转变为顺式构象（Mirhadi等，2021）。白藜芦醇具有抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、抗炎、抑制细胞增殖等作用而备受关注（Kumar等，2021）。近十几年来，RSV因在雄性哺乳动物生殖方面的有益作用而引起国内外研究者新的关注，其是一种对雄性生殖具有保健和治疗作用的潜在药物，具有良好的研发前景。鉴于此，本文从反式白藜芦醇对睾丸损伤的保护作用、影响生殖相关激素水平、对精子发生作用的影响及对精子活力保护等方面归纳总结其有益于雄性生殖系统的生物学功能的研究进展，以期为新型功能性饲料添加剂、功能性保健品和药品开发应用提供依据。

1 雄性生殖系统障碍原因分析

1.1 环境因素致使的生殖障碍 雄性生殖障碍可以分为先天性遗传导致的生殖障碍与后天性外部环境导致的生殖障碍（Kamiński等，2020）。随着现代社会的发展，环境污染问题已成为影响人类生殖健康的关键问题之一，例如大气污染、重金属污染、农药残留物污染等（Krzastek等，2020）。研究表明，环境污染物往往通过诱导氧化应激、拮抗雄激素受体、抑制类固醇合成、DNA损伤、诱导表观遗传的改变，导致雄性生殖障碍（Marcho等，2020；Vecoli等，2016）。例如，PM2.5是霾的主要成分，因其比表面积大，使得重金属易吸附，而重金属（铬、镉、铅等）不仅会导致睾丸组织结构破坏、改变激素分泌水平及功能、改变精原干细胞及其结构与细胞周期，还会造成DNA损伤，最终形成雄性生殖障碍（Lv等，2021）。Ravula等（2019）通过利用含有拟除虫菊酯类杀虫剂的饲料喂养雄性Wistar大鼠研究发现，拟除虫菊酯类杀虫剂通过抗性腺激素分泌、破坏精子顶体反应导致生殖障碍。此外，双酚A（BPA）和邻苯二甲酸酯（PAEs），分别用作塑料制品内涂层和塑化剂，能够通过造成雄性生殖器官的损伤、降低精子活力、造成雄性激素及荷尔蒙的分泌失调、改变有关生殖的DNA的甲基化修饰形式、改变表观遗传学等方式，导致雄性生殖系统出现阻碍（宫雅雯等，2021；Cariati等，2020；Ni等，2020）。可见，环境污染已成为影响人类雄性生殖健康的重要因素。此外，病原微生物感染也是导致雄性生殖障碍的重要因素。研究报道，生殖系统受到病原菌（沙眼衣原体、淋病奈瑟氏菌等）、病毒（腮腺炎病毒、单纯疱疹病毒）的感染导致产生睾丸炎、附睾炎等生殖道疾病，进而诱导精子凋亡，造成生殖障碍（王菲等，2017）。同时，寄生虫也会对雄性生殖系统造成损伤，比如临床上常见的弓形虫感染，其可诱发精子DNA的损伤、炎症反应与细胞的氧化应激，使得精子与生物体不具备生殖要求（Taherimoghaddam等，2021；Staurengo-ferrari等，2021）。再者，母体在妊娠期间抽烟、吸毒、酗酒等不良的生活习惯和受到外界辐射也是导致胎儿先天性生殖系统畸形的重要因素（Nakahira等，2021；Vigueras-villasen～or等，2020）。

1.2 遗传因素致使的生殖障碍 先天性遗传导致的生殖障碍是在婴儿出生前就已经形成了生殖障碍，包括由基因决定的遗传性疾病和亚健康的母体导致的生殖缺陷（Kalem等，2018）。研究发现，结构基因Y连锁（Eif2s3y）、人睾丸特异表达基因（TDRG1）等表达水平的下调会对生殖产生不利的影响（蔡昊等，2021）。另外，线粒体可以作为精子活力的标志物，是控制哺乳动物精子活动的重要细胞结构，与精子活力密切相关。调节线粒体的动力学及其功能，可以造成精子活力的变化，可见，线粒体基因（TFAM）也是一个导致雄性生殖障碍的重要基因（Starovlah等，2021）。除此之外，雄性生殖系统的完整性是实现精子发生、产生正常生育力的基础，当雄性生殖系统中的一些结构器官、组织受到损伤时，也会产生后天性的生殖障碍 （Jacobsen等，2020）。精索静脉曲张（varicocele）是一种睾丸精索内蔓状静脉丛的异常扩张、伸长和迂曲引起的睾丸血管病变，如果得不到及时的治疗最终会导致睾丸组织的永久损伤，这也是导致不孕不育的主要原因（Zhang等，2021）。此外，一些疾病治疗药物也会存在很大的生殖毒性，例如治疗镰状细胞病的羟基脲（HU）（Fan等，2021）、治疗慢性粒细胞白血病的白消安（BU）（Xu等，2021）以及治疗癌症的化疗药物顺铂（DDP）（Alt'lndag～等，2021）等，均能造成精原干细胞和睾丸组织结构的损伤，诱导生殖障碍的出现。

2 RSV对雄性生殖系统的有益作用

2.1 对睾丸组织损伤的保护作用 众所周知，睾丸（Testis）是雄性生殖系统中最重要的器官，主要由精曲小管、精直小管、睾丸实质以及睾丸间质组成，具有产生精子与分泌雄性激素的功能（Ma··kela··等，2019）。一旦睾丸出现损伤，极有可能导致雄性生殖障碍（Rodprasert等，2020）。研究发现，RSV能够缓解睾丸损伤，对睾丸损伤具有一定的保护作用。Said等（2021）通过研究杀虫剂亚枫的生殖毒性发现，亚枫干预组成年雄性大鼠的睾丸曲细精管周长（118.2 μm），明显小于对照组（196.0 μm），而亚枫+白藜芦醇联合干预组曲细精管周长（169.9 μm）大于亚枫处理组，同时亚枫处理组睾丸谷胱甘肽的含量（4.6 nmol/g）明显小于对照组（4.9 nmol/g），而联合干预组睾丸谷胱甘肽含量（4.9 nmol/g）高于亚枫处理组，表明RSV可以通过清除灌胃亚砜（Sulfx）在成年雄性大鼠睾丸中形成的活性氧，保护睾丸内曲细精管的完整性和睾丸组织的正常功能，明显降低亚砜的生殖毒性。Avdatek等（2018）研究发现，草甘膦处理组大鼠睾丸谷胱甘肽含量（4.6 nmol/g）、睾丸SOD活性（3.5 U/μg）明显小于对照组谷胱甘肽含量（4.9 nmol/g）、SOD活性（4.6 nmol/g），而白藜芦醇+草甘膦处理组谷胱甘肽含量（4.9 nmol/g）、SOD活性（3.9 U/μg）高于草甘膦处理组，说明RSV可以明显改善草甘膦（Glyphosate）对Wistar大鼠睾丸组织内的间质细胞的损伤，防止其变性，提高了睾丸抗氧化的能力，加速精子的产生。Shalaby等（2020）研究发现，在RSV的干预下，非那雄胺（Finasteride）对成年雄性大鼠睾丸的毒性明显降低，非那雄胺处理组睾丸重量（0.818 g）低于对照组睾丸重量（1.205 g），而非那雄胺和白藜芦醇联合处理组睾丸重量（1.076 g）高于非那雄胺处理组。同时，睾丸组织中的生精小管的平均直径和生精小管上皮细胞的直径比未干预组明显增大，联合处理组生精小管直径（282.21 μm）明显大于非那雄胺处理组（243.1 μm），只是稍小于对照组（290.2 μm），间质细胞与生精小管上皮细胞的功能明显改善，RSV通过改善生精小管结构与功能阻止了睾丸病变。Erthal等（2018）研究发现，RSV可以明显增加二英（Dioxin）处理孕期雌性大鼠腹中胎鼠和喂养至成年雄性大鼠的睾丸生精小管的数量及支持细胞的数量，对睾丸组织有保护作用，二 英处理组睾丸重量睾丸成熟精子细胞数量（85.24×106个/g睾丸）小于对照组成熟精子细胞数（102.99×106个/g睾丸），而二 英与白藜芦醇联合处理组成熟精子细胞数（85.52×106个/g睾丸）稍大于二 英处理组，即RSV对于暴露于二 英的睾丸组织的发育有一定的保护作用，但是二 英处理组生精小管直径（281.47 μm）小于对照组生精小管直径（287.38 μm），而二 英与白藜芦醇联合处理组生精小管直径（262.40 μm）明显小于其他两组，二者联合干预似乎不是更好地方案，这可能导致睾丸组织的损伤。除了生殖毒性药物外，RSV还可以保护高强度运动、射线辐射、束缚应激等反应导致的睾丸损伤（徐源鸿等，2021；Guo等，2019；Li等，2015）。Mustafa等（2019）研究发现，应激束缚组生精小管直径（150.67 μm）明显小于对照组直径（186.48 μm），而白藜芦醇与应激束缚联合处理组直径（171.81 μm）明显大于应激束缚组，并且应激束缚组小鼠生精小管管腔面积（68.33 μm2）明显大于对照组管腔面积（49.26 μm2），联合处理组管腔面积（47.40 μm2）小于应激束缚组，束缚应激未成熟雄性瑞士小鼠在RSV的干预下不仅显示出了睾丸组织重量增大，生精小管直径明显增加，管腔面积减小，间质细胞面积扩大，而且还证实在RSV干预下生殖细胞凋亡细胞数目明显降低，睾丸内的精子结构形态正常且数目增加等现象。另外，还有报道，RSV对隐睾导致的小鼠睾丸损伤具有显著的保护作用（Li等，2021）。可以看出，RSV对睾丸损伤具有保护作用，能够增加睾丸重量，维持睾丸结构稳定，促进生精小管的结构的稳定，适量增加生精小管的数量和管腔面积，给精子发生提供良好的环境，提高间质细胞与支持细胞的抗氧化能力。

2.2 对激素水平的影响 雄性生殖内分泌系统由下丘脑、垂体和睾丸等器官组成，内分泌的调节靠自身下丘脑和垂体，同时也受到激素的反馈和负反馈调节，即下丘脑-垂体-性腺轴（HPG）（Selvaraj等，2021）。很多激素与雄性生殖功能有关，如睾酮（T）、促卵泡生成素（FSH）、促黄体生成素（LH）、孕酮（P）、雌二醇（E2）、泌乳素（PRL）等。FSH和LH两者往往协同促进雌性动物的雌激素和卵子的排出，调控雌性生殖系统 （Das等，2018）。FSH和LH在雄性生殖系统中也有着不可忽视的作用，其是重要的促性腺激素，与睾酮存在协同作用（Fusco等，2021）。Oduwole等（2018）研究发现，FSH主要通过与其受体（FSHR）结合调控睾丸支持细胞产生调节因子与营养物质手段，形成精子发生的有利环境，提高精子数量。LH在雄性生殖系统中的作用与FSH类似，通过与FSH协同，促进一些睾丸细胞的生长发育，使得精原细胞的分化活力增加，产生更多的精子（Li等，2021）。Shati（2019）通过研究RSV对顺铂（DDP）造成的小鼠生殖损伤的修复发现，RSV可以通过与雌激素受体结合作为一种混合弱激动剂，刺激垂体，促进FSH和LH的分泌水平，进而提高精子数量和抗睾丸氧化应激，进而使得生殖损伤得到修复。FSH与LH与精子发生有关，在一定浓度范围内与生精功能呈正相关，RSV可以促进FSH和LH的分泌（Li等，2015）。孕酮往往是由女性的卵巢与胎盘分泌，男性的睾丸和肾上腺皮质也会分泌少量的孕酮，与其受体结合促进精子发生和受精过程，是一种重要的生殖激素，而且孕酮是生成睾酮 和 雌 二 醇 的 中 间 产 物 （Sánchez-cárdenas，2021）。总之，与男性生殖有关的激素往往与睾酮和雌二醇相联系，不论是其中间产物或是协同物，都会造成睾酮和雌二醇的变化，最终依然是睾酮与雌二醇在生殖系统中起作用。

RSV与雌二醇的结构极为相似，往往被称为植物雌激素。由于雌激素在雄性生殖系统中发挥着不可缺少的作用，那么RSV的体外摄入极有可能在雄性生殖系统中发挥着雌激素的作用（Pasquariello等，2020）。同时，RSV作为雌激素类似物，可能通过干扰动物内源性激素水平，对雄性生殖系统产生影响（Cui等，2016）。雌二醇是雄性动物睾丸活动的重要调节因子，与睾酮具有协同作用，在不同发育时期其含量有所不同，正常情况下可以促进性器官的发育，研究发现当雌激素水平过高时会导致生精小管管腔直径变小，支持细胞减少，精子活率降低，精子数量减少，导致不孕不育（Russell等，2019）。然而，雌二醇在男性生殖方面是必不可少的，研究证明，雌激素受体ESR1和ESR2广泛存在于男性生殖细胞中，只有雌激素与其受体结合才可以传递出依赖于该通路的附睾和睾丸功能的正确信号，缺乏受体ESR1直接导致精子出现畸形（Cooke等，2017）。RSV在男性体内充当雌二醇拮抗剂，将雌二醇稳定在合适的水平，降低了内源性雌激素的分泌，保证睾酮与雌二醇的平衡。Mohammadzadeh等（2021）研究发现，芝麻油亦可作为一种雌激素行使雌二醇的作用，由于芝麻油中的雌二醇含量低，对小鼠睾丸有一定的保护作用，提高睾丸组织的抗氧化能力，降低精子DNA损伤，提高精子活力与活率，明显提高雄性的生育能力。很显然，RSV作为与芝麻油相同的雌二醇类似物，可以作为男性生殖保护剂，适量浓度摄入也可以提高雄性生殖能力。雄性激素也称为睾酮，是睾丸中一种类固醇激素，是精子发生所必须的，雄性激素可以调节生精小管的结构变化，控制支持细胞、精原干细胞等细胞的分裂过程，是雄性生育的最重要激素 （Rosati等，2021）。研究表明，芳香化酶（CYP19）可以催化雄激素转化为雌激素，将雄烯二酮转化为雌酮，将睾酮转化为雌二醇（Chayawan等，2020），而RSV通过调节选择性雌激素受体和芳香化酶抑制显著增加天然睾酮的生成（Baravalle等，2018）。

下丘脑释放促性腺激素释放激素作用于垂体，垂体释放FSH和LH两种促性腺激素，FSH和LH作用于睾丸组织，即下丘脑-垂体-性腺轴（HPG）。FSH和LH分别与睾丸中的支持细胞受体和间质细胞受体，前者促进精子发生，增加精子数量，后者增加睾酮的分泌。白藜芦醇一方面抑制芳香化酶活性使睾酮转化为雌二醇的量减少，另一方面与激素受体结合，增加支持细胞分泌营养因子促进精子发生，促进间质细胞分泌睾酮，最终使得生殖功能改善。

2.3 对精子发生的促进作用 精子发生（Spermatogenesis）是由精原干细胞（SSCs）经过严格调控的自我更新和分化，成为成熟精子的过程。同时，精子发生还是一个复杂的、精密调控的过程，一旦发生异常，会导致无精症、弱精症和少精症等症状，引起雄性不育（Walker等，2021）。正常的形态结构、活率、活力、数量是精子发挥其生物学作用的关键。研究发现，RSV可能通过调节生精相关蛋白的表达、增强生精相关信号转导途径等方式促进精子发生。Guo等（2019）研究发现，RSV可以通过增强抗氧化能力、增强生精信号转导途径来提高精子的数量及活率，调节精子发生差异蛋白抗氧化酶（GPX1）、Ⅰ型胶原α1（Col1α1）的表达，上调和凝集素蛋白S1的下调，以清除氧自由基、抗氧化损伤、促进精子发生、减少精子畸形的形成，促进生殖功能。Li等（2021）报道，RSV通过增加睾丸蛋白O-GlcNAcylation水平以促进隐睾小鼠的精子发生。该研究发现，相对于正常小鼠，由隐睾手术导致生精异常小鼠的睾丸蛋白质OGlcNAc糖基化修饰显著降低，而经RSV处理后，伴随着精子发生的恢复，睾丸蛋白质的O-Glc-NAc糖基化水平也明显恢复。此外，研究者还报道了RSV可通过其他途径促进精子发生。另外，De Oliveira等（2019）研究发现，RSV可以明显增加高脂饮食小鼠睾丸生精小管管腔数量，提高精子数目与活力。而且，Bahmanzadeh等（2019）研究发现，RSV可以通过抑制c-jun氨基末端激酶信号和刺激核因子-E2-相关因子-2与其接头蛋白Keap1（Nrf2/Keap1）信号通路降低睾丸功能障碍，有效提高Ⅱ型糖尿病大鼠的精子活力、数量及活率，明显促进大鼠的生育能力。显然，RSV在提高精子数目和活力、保护精子形态结构完整性上有一定的效果，其作用机制为通过增加精细胞抗氧化、抗炎能力，辅助精细胞清除氧自由基，使得精子活力和活率增加。反式白藜芦醇对于睾丸细胞及精子的改善作用如下：（1）维持睾丸精子发生系统的稳定和完整性，保护生殖功能；（2）增加生精有关基因TDRG1、差异蛋白抗氧化酶（GPX1）等基因的表达，并且提高生精蛋白加工修饰水平（O-GlcNAc糖基化），提高精子活力与数量；（3）提高精子的抗氧化能力，减少氧自由基。

2.4 在冷冻精液中的作用 冷冻精子技术就是将精液冻存起来，作为一种辅助生育方式给后天性不孕症男性做父亲的机会，还在牲畜培育等方面得到广泛应用（Falchi等，2020）。然而，该技术仍存在很多弊端，如精液在冷冻过程中往往会形成细胞内冰晶，给精子带来化学损伤和物理损伤（童世锋等，2021）。同时，由于精子质膜上的多不饱和脂肪酸含量多，易受到氧自由基产生的氧化损伤，影响到精子活力、活率、DNA的完整性和质膜的完整性，使得人工授精后依旧出现不育症状。Salehi等（2020）在研究冷冻鸡精液解冻时发现，由于精子质膜上的多不饱和脂肪酸含量多，易受到冻存时氧自由基产生的氧化损伤，不仅破坏了精子的细胞器结构，降低精子活力、活率，改变表观遗传学参数，破坏DNA的完整性和质膜的完整性，使得鸡精液在解冻后的受精能力降低。研究表明，RSV可作为冷冻精子技术中的保护剂，对精子活力、活率、DNA的完整性和质膜的完整性具有保护作用。研究表明，在牲畜冷冻精子中加入适量的RSV可以明显提高精子精液质量，增加精子活率、活力与数量，推测可能是因为RSV的抗氧化作用降低了冷冻精液中的氧化应激对精子的损伤（Falchi等，2020；Ahmed等，2020；Lv等，2019）。Mohammadzadeh等（2020）也证实，RSV通过清除氧自由基来提高抗氧化能力，增强精子与精液的质量，降低了冷冻对精子的损伤，从而在精液冷冻时与解冻时，对精子都存在保护作用。Shabani等（2018）研究发现，RSV可以通过增强AMP依赖的蛋白激酶（AMPK）途径来保持冷冻精子DNA的完整性，恢复生殖能力。可见，精子冷冻技术的弊端主要来源于精液的活性氧，而RSV作为一种抗氧化的保护剂可以抵抗活性氧对精子的损伤，推动了精子冷冻技术的发展。

3 小结与展望

RSV作为一种天然的、非黄酮类多酚有机化合物，在雄性生殖系统中发挥着多种生物学功能，其有益作用包括：保护睾丸损伤；通过反馈/负反馈调节雄性体内激素水平；促进精子发生；降低因冷冻和解冻对精子造成的物理化学损伤。基于对雄性生殖系统的有益作用，RSV极有可能开发成为一种对雄性生殖具有保健和治疗作用的潜在药物。特别是近期研究发现，新冠病毒侵入人体后会率先破坏生殖系统，即使患者得到治愈，也可能出现不孕不育（Vishvkarma等，2020）。在当前新型冠状病毒（SARS-CoV-2）及其变异毒株在全球肆虐的大背景下，对雄性生殖系统的保护和治疗，显得尤其迫切和意义重大。然而，RSV因为其水溶性差，致使其生物利用度很低，限制了该化合物在生物医学领域的开发应用。尽管研究者已经致力于RSV的化学修饰改造、给药系统的优化等方面研究 （Gregoriou等，2021；Wang等，2021；Lin等，2020；Venditti等，2020），以探索RSV的生物利用度的提高，但对雄性生殖系统的有益作用仍需要更全面、更加系统的评价，需要进一步的研究。