减重对肥胖病人精液质量及生殖激素的影响

孙军培,杜丹丽,张 燕,杨晓东,李雪婷,丁 彪,张 枫,刘 雷,王学故,宫莹莹

当前全球范围内的超重及肥胖的患病率正在增加[1],同时对于男性肥胖的生殖结局的关注及担忧也在日益增加。男性肥胖已经被证实和生育力受损有关,并且体质量指数(body mass index,BMI)增加与生育力受损呈现剂量-反应关系的论证已经被提出[2]。此外,男性肥胖与异常的精子指标有关系[3-4],尽管相关文章的结果相互矛盾,具有争议性[5-7]。与肥胖具有相关性的激素的异常可能在精子异常中起主要作用[8-10],尽管具有争议性[6,11-12],前期的研究[13]表明体质量的减轻可能可以逆转内分泌的异常。随着辅助生殖技术的发展,目前抗缪勒管激素(anti-Müllerian hormone,AMH)作为女性的卵巢储备功能及促排卵获卵数的评估指标被广泛的研究[14-15]。在男性体内抑制素B(inhibin-B,Inh-B)及AMH主要由男性睾丸内的支持细胞产生,被视为精子发生的标志物[16-17],研究[18]表明Inh-B与生育能力呈正相关,而肥胖已被证明与Inh-B水平降低有关[19],而同样作为精子发生标志物的AMH在男性生育尤其是肥胖男性群体中与生育力关系的研究较少被发表。

男性肥胖与精子质量差之间可能存在因果关系,也可能具有共同的病因。因此研究体质量减轻如何影响精子质量可以解开这两个假设,但目前很少有此类研究发表。本研究调查肥胖和减重如何影响生殖激素及精子质量,包括相关性激素、AMH、精子常规指标及精子DNA完整性指标DNA碎片指数(DNA fragmentation index,DFI)。现作报道。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2017-2019年我院生殖医学中心男科门诊就诊的有生育需求且患有少、弱精子症的肥胖(BMI≥28 kg/m2)病人。根据BMI分为3组:Ⅰ组(28.2～36.3 kg/m2)、Ⅱ组(36.41～39.89 kg/m2)和Ⅲ组(40.05～45.37 kg/m2)。共有36例符合入组条件参加了减重前的相关检查,中途其他原因有6例退出(2例参与减重计划后体质量较前增加者,2例因配偶妊娠及2例失联,最后有30例病人完成健康饮食及日常锻炼(不指定运动方式,病人拒绝相关药物治疗)14周。

1.2 纳入标准 (1)近6个月内无发热、饮酒及吸烟等不良嗜好及当前无慢性病病史;(2)病人BMI≥28 kg/m2;(3)拒绝相关药物治疗;(4)精液检查前向运动精子率(PR)<32%及2×106/mL≤精子浓度<15×106/mL;(5)睾丸体积正常,无隐睾。

1.3 排除标准 (1)精索静脉曲张、鞘膜积液及具有任何生殖器畸形、手术史、外伤史;(2)腹股沟疝、睾丸附睾炎、生殖系统感染、腮腺炎、睾丸肿瘤;(3)输精管梗阻或者缺如,极重度少、弱精子症(精子浓度<2×106/mL,活率<5%)、精液液化异常;(4)Y染色体或者外周血染色体核型异常;(5)初诊时6月内服用与生精有关的药物者及未完整完成减重计划。

1.4 临床专科检查 体质量及身高测量由男科医生在温暖、明亮的检查室中(仅穿内裤,告知病人前一天晚上10:00后禁食水且检查日早晨排空二便后)进行测量。使用睾丸体积测量器(Prader模型)测量睾丸体积。

1.5 血清样本分析 在减重计划前后,于检查日上午8:00-10:00空腹情况下抽取病人血液样本,按激素检测流程说明书进行,使用罗氏(Cobas-e411)电化学发光全自动免疫分析仪检测睾酮(T)、雌二醇(E2)、卵泡刺激素(FSH)、黄体生成素(LH)、AMH。

1.6 精液样本分析 在减重计划前后,根据《世卫组织人类精液-宫颈黏液相互作用检测实验室手册》(世界卫生组织,第五版)[20]中的描述,对精子浓度和精子活力进行评估。使用Tygerberg严格标准评估精子形态。选择在夏季以外季节[7]就诊的病人,精液检查前禁欲2～7 d,在生殖中心的取精室以自慰方式留取在无毒无菌的塑料取精杯中待检,同时告知病人取精时要保持样本的完整。精液检测由我中心持证且训练有素的男科实验室检验人员在收集精液后1 h内进行。每份精液进行2次精子指标检测。我中心男科实验室参加了中华医学会生殖医学分会生殖男科及精子库管理学组和WHO人类生殖研究合作中心/国家卫健委科研所的外部质量控制(EQC)计划,定期进行相关质量控制保证了结果的准确性。

1.7 精子染色质结构分析(sperm chromatin structure assay,SCSA) 在进行常规的精液检测后,使用剩余新鲜精液进行精子DFI的测定。精子DNA的完整性通过我中心基于流式细胞仪的SCSA进行检测。SCSA基于以下事实:当暴露于酸时,受损的染色质变性,而正常的双链染色质保持稳定。在蓝光激发后,SCSA用吖啶橙检测精子DNA的变性,该染料对于单链和双链核酸进行差异染色。然后使用流式细胞仪(BD FACSVia)测定不同颜色荧光的精子数量。根据DFI频率直方图计算出可检测到染色质异常精子的百分比 (DFI%)。对于流式细胞仪的设置和校准,由厂家工程师及我中心人员每4周进行1次质量控制及校准。

1.8 统计学方法 采用秩和检验和Spearman相关分析。

2 结果

2.1 减重前3组病人基本资料及相关指标水平比较 减重前,随着病人BMI的升高,精子浓度(r=-0.885,P<0.01)、精子总数(r=-0.840,P<0.01)、AMH(r=-0.440,P<0.01)及T(r=-0.893,P<0.01)的数值降低,而精子DFI(r=0.824,P<0.01)及E2(r=0.855,P<0.01) 的数值增加。此外,在减重前,各组的禁欲时间、睾丸体积、年龄、精液体积、PR,精子总活力、精子正常形态率、FSH、LH差异均无统计学意义(P>0.05)(见表1)。

分组n精子正常形态率/%精子DFI/%AMH/(ng/mL)T/(ng/mL)E2/(pg/mL)FSH/(mIU/mL)LH/(mIU/mL)Ⅰ组142.75(2.5,3.75)31.04(29.56,31.37) 2.96(2.21,3.46) 4.11(3.81,5.44) 70.38(65.92,74.94) 3.67(3.15,4.53)4.16(3.23,5.08)Ⅱ组122.75(2,3.63)39.16(37.65,39.91)*2.05(1.74,2.97)*2.98(2.8,3.16)*79.96(78.64,81.30)*5(4.27,6.41)5.49(3.89,6.69)Ⅲ组103(2.5,3.5)51.16(46.63,55.66)*#1.65(1.53,1.78)*#2.19(1.78,2.26)*#91.18(87.63,95.48)*#4.62(4.10,6.87)3.84(3.13,4.73)Hc—0.1826.7517.8130.5429.563.932.86P—>0.05<0.01<0.01<0.01<0.01>0.05>0.05

2.2 减重前后的精液指标和生殖激素指标比较 减重后精子浓度、总精子数量、PR、精子总活力、AMH及T较减重前增加(P<0.05～P<0.01);精液体积及精子DFI较减重前有减少(P<0.05和P<0.01),FSH、LH及E2较减重前差异均无统计学意义(P>0.05)(见表2)。

表2 减重前后的精液指标和生殖激素指标[ni=30;M(P25,P75)]

时间精子DFI/%精子正常形态率/%AMH/(ng/mL)T/(ng/mL)E2/(pg/mL)FSH/(mIU/mL)LH/(mIU/mL)减重前38.54(31.18,45.15)3(2.50,3.88) 1.98(1.67,2.92)3.10(2.44,3.82)79.92(72.84,86.13)4.36(3.55,6.26)4.52(3.66,6.25)减重后29.43(25.44,33.93)3(2.50,4)2.95(1.80,3.14)3.61(3.30,4.15) 78(70.54,85.17)4.36(3.36,6.07)4.18(3.70,6.04)uc-3.59-0.73-2.15-2.43-0.61-0.24-0.36P<0.01>0.05<0.05<0.05>0.05>0.05>0.05

3 讨论

精液检测结果是男性生育力评估的金标准,超重和肥胖可能通过相关的机制降低男性精液质量,进而导致男性生育力低下,同时,一项大规模人群研究的结论已证实BMI为生育力低下的独立危险因素[2]。本研究是验证肥胖病人体质量减轻和精液质量之间关系,结果显示,减重前的高BMI与总精子数和精子浓度的低值相关,在参加了为期14周减重计划后病人体质量的降低与精子浓度、精子总数、PR及精子总活力的增加有关。此外,体质量减轻与T的增加有关,同时体质量减轻并没有明显降低血清E2水平。我们的研究结果表明,BMI和精液质量之间存在因果关系,通过减重可能会改善精液质量,与之前的一些主要研究结果相似,这些主要研究的结果显示超重和肥胖与男性的精子浓度低有关[3-4,18],尽管其中的一些研究结果相互矛盾[5-7]。

精子发生过程是一个主要由T和 FSH驱动的过程[21]。整体精液质量还涉及精子在附睾中的成熟和浓缩,以及附属腺体的分泌等[22]。本研究发现高BMI不仅与精液相关参数之间有相关性,同时发现其对男性生殖激素T的降低也有显著影响。这与大多数先前发表的研究结果一致,这些研究发现了肥胖程度与T统计学上显著的负相关关系[4,7]。考虑到男性肥胖与生殖激素的改变之间已确立的关系,以及维持精子发生需要高浓度T这一事实,因此认为肥胖也会影响精液质量是合理的。我们认为高BMI与精液质量之间的负相关不是偶然现象。本研究同样发现高BMI 和E2之间呈正相关关系[4,7],可能是因为在高BMI的情况下,与脂肪组织增加相关的雄激素向雌激素的外周转化增加相关,与之前的研究[8]结果相一致,尽管这种关系尚未在大规模人群研究中得到一致的证明。在本研究或之前的大多数研究中,肥胖男性可以维持正常的FSH水平,BMI与激素LH或FSH之间没有发现统计学上的显著关系[4,7],可能是精子和精液产生的潜能在肥胖男性病人中得到了充分的维持。本研究评估的肥胖男性的血清性激素以E2及T异常最为明显,虽然BMI降低改善了T水平,然而大部分病人的E2水平并未处于正常范围,这可能是因为即使减重后大部分病人的体质量仍处于肥胖水平的原因,这或许可以解释为什么我们没有观察到减重后的E2参数有明显的下降。

AMH和Inh-B几乎完全由支持细胞产生,并被认为是精子发生的标志物。已发现Inh-B在睾丸功能障碍男性中显著降低[17],此外Inh-B在低生育能力的男性中显著降低[18],因此,我们预计AMH与 BMI 呈负相关关系,减重前随着BMI 升高,AMH逐渐降低的统计结果也验证了我们的猜想。但在本研究中,我们在减重前比较不同BMI组的AMH水平时发现即使AMH水平有差异但其值处于正常范围低值附近,这可能是因为当前入组病人的肥胖程度尚未较为明显地降低病人的生精潜能,这为减重后生精功能的提升提供了可能性。此外,我们假设AMH 会因体质量减轻而改善,减重后的结果也证实了我们的假设即AMH 较减重前有统计学意义的增加,与BENDERRADJI等[16]研究一致。当前精子DFI已经作为精子遗传物质质量的衡量指标,对于病人生育力及生育结局有着重要的影响。本研究结果表明在肥胖病人中BMI和DFI之间存在正相关关系,与以前的相关研究结果一致,这表明肥胖仍可能降低精液质量进而影响生育结局,即使在精子数量和其他参数保持不变的情况下[3,23],在肥胖病人中精子DFI的升高可能是因为精液氧化应激增加以及通过精浆新蝶呤激活精液巨噬细胞活化的功能得到增强有关[3,23]。肥胖也被认为与勃起功能障碍相关[8]。同时,肥胖对大多数其他健康领域具有公认的重大负面影响。因此,强烈建议出现生育能力低下的超重和肥胖男性将体质量减轻到更健康的水平。最后,进入该研究时,所有病人精子浓度低于世界卫生组织(2010年)的15×106/mL参考水平。由于精子浓度高达约 40×106/mL时生育力会增加[24],因此这些病人可能会遇到生育问题。

本研究的主要限制是样本量较小并且病人的地域较局限,因此应联合多中心、多地区在更大的队列中重复该发现,并具有更长的随访时间,包括更广泛的 BMI 水平来验证此项结论,为建议处于生育期肥胖男性病人减重提供更加充分的理论依据。