作者：黄念文,毕焕洲,于珊珊,陈子龙等,北京中医药大学东直门医院,北京中医药大学深圳医院
不孕不育是一种全球性疾病,流行病调查结果显示,约有15%的已婚育龄夫妇存在生育问题困扰[1],其中与男方因素相关的不育症约占50%,弱精子症是造成男性不育的常见原因[2]。弱精子症以精子活动力低下为主要表现,其病因复杂多样,包括染色体异常、微生物感染、精索静脉曲张、内分泌紊乱、精神压力及不良生活习惯等多种因素[3]。精子活力是评判男性生育能力的一个重要标准,值得注意的是,从1973年到2011年,人类社会男性的精子活力已经下降了50%以上[4],目前还没有有效的措施来缓解这一趋势。因此,如何安全有效地提高精子活力,改善男性生育能力是临床亟待解决的难题。
作为细胞能量代谢中心,线粒体可通过氧化磷酸化产生三磷酸腺苷(ATP)为精子活动提供能量,其功能障碍是导致精子活动力下降的关键因素[5]。弱精子症属于中医学的“无子”范畴,中医药在提高精子活力方面疗效显著[6],是临床上治疗弱精子症的重要手段之一。本文系统整理了线粒体功能障碍在弱精子症中的作用机制,并着重综述了中药复方通过调控线粒体功能以治疗弱精子症的相关研究进展,以期为深层次研究中医药防治弱精子症提供新的视角。
一、精子线粒体概述
精子由头部(包括细胞核和顶体)、颈部(包含近端中心粒)和鞭毛组成。精子鞭毛可分为3个不同的部分:中部分、主部分和末端部分。这些不同的鞭毛节有一个共同的中央细胞骨架结构,称为轴突,轴突是鞭毛和纤毛的核心结构,由微管双峰和一系列辅助元件构成。精细的轴突结构有助于纤毛弯曲和轴突完整性,这对于鞭毛和纤毛的正常功能至关重要[7]。精子线粒体与体细胞线粒体在特征上存在差异,精子线粒体只存在于鞭毛,它们彼此紧密相连,螺旋缠绕在轴突周围,形成线粒体鞘[8]。在精原细胞和早期精母细胞中发现的线粒体形态相对较小,表现出有限的氧化磷酸化活性。随着精子发生进展到后期阶段,如精母细胞、精子细胞和精子,线粒体会发生转化,变得更加浓缩、细长,并具有高效的氧化磷酸化活性[9]。精子线粒体除了产生ATP以外,还参与了调节钙稳态、活性氧(ROS)的产生、内在凋亡途径、类固醇激素生物合成等多种生理过程[10],这种多功能性可确保精子成功受精。因此,功能稳定的线粒体对于精子正常的生理活动是至关重要的。
二、精子线粒体功能障碍与弱精子症
1.线粒体氧化损伤与弱精子症:线粒体在合成ATP的过程中会伴随着ROS的产生,主要是超氧自由基、过氧化氢等物质[11]。适度的ROS水平对于正常的精子功能是必要的。然而,如果ROS水平过高或者与相对应的抗氧化防御不平衡,则会诱发线粒体膜通透性转换孔(m PTP)异常开放,线粒体DNA突变及呼吸链复合体损伤,继而导致线粒体功能障碍[12]。线粒体功能受损则会进一步刺激氧化磷酸化过程中的ROS释放,由此形成恶性循环。由于精子富含多不饱和脂肪酸,ROS的过量产生可能会诱导脂质发生氧化反应[13],损伤精子正常生理功能,从而降低精子活力。精子修复氧化损伤的能力是有限的,因为精子的染色质高度紧凑,缺乏合成新蛋白质的必要机制。因此,它们依靠精子发生和附睾成熟过程中产生的抗氧化酶来提供一定程度的保护,临床上常用的辅酶Q、维生素E等抗氧化剂就是通过降低睾丸内ROS含量来提高精子活力[14]。
2.线粒体膜电位(MMP)紊乱与弱精子症:MMP是指线粒体三羟酸循环过程中,因离子浓度在内膜两侧不对称分布所形成的跨膜电位差[15]。在正常线粒体中,跨膜电位差体现了驱动线粒体合成ATP产生的电子传递和氧化磷酸化的过程。当MMP由于某种因素出现紊乱时,线粒体内膜两侧电势能降低,导致三羟酸循环过程出现障碍,致使ATP产生减少[16],精子供能不足。因此,MMP是精子线粒体活性的关键指标,能在一定程度上反映了精子活力的强弱[17]。1982年,Evenson等[18]首次发现精子活动力与MMP之间存在相关性,活动力较差的精子MMP比较低。此外,有相关研究表明,良好的MMP可维持精子顶体酶活性和染色质完整性,MMP较低的精子不易发生顶体反应,受孕概率降低[19]。目前,MMP可作为临床上评估男性生育能力的重要指标,检测MMP可能有助于查找弱精子症的相关病因,但能否通过药物来提高MMP进而治疗弱精子症值得进一步深入研究。
3.线粒体蛋白质表达异常与弱精子症:线粒体膜上含有多种呼吸链酶复合物[20],包括还原型辅酶Ⅱ脱氢酶、琥珀酸脱氢酶(SDH)、细胞色素C(Cyt-C)氧化酶、ATP合酶等,它们在ATP合成、细胞凋亡、ROS产生及钙信号传递等过程中发挥着重要的作用。早老素相关菱形样蛋白(PARL)是组成线粒体膜菱形蛋白成分之一,参与调节线粒体细胞凋亡通路、线粒体融合及形态改变等多种生理过程,同时也是精子生成的关键性调控蛋白[21]。研究发现,PARL表达异常不仅可导致线粒体复合物Ⅳ的活性降低及ATP生成减少,亦可下调17β-羟类固醇脱氢酶3(17β-HSD3)的表达,导致睾酮合成缺陷,损伤机体生殖功能[22]。该研究结果表明线粒体PARL可通过维持呼吸链功能和参与调节睾酮合成,保护男性生育能力。SDH是线粒体内膜的酶复合物,由SDHA、SDHB、SDHC、SDHD这4个亚基组成,主要参与ATP合成过程。相关研究发现,SDHA表达减少,可引起线粒体氧化还原平衡被破坏,精子线粒体过度融合,导致ATP合成减少[23]。因此,线粒体蛋白质表达正常是维持精子生理功能的物质基础。
4.线粒体超微结构改变与弱精子症:精子线粒体为椭圆形细胞器,由3种膜组成,即外膜、内膜和嵴膜,以及3个空间,即膜间、嵴间和基质空间[24]。这些结构成分中的每一个都具有不同的蛋白质组成和不同的功能作用。线粒体外膜是多孔的,含有成孔膜蛋白,允许离子和不带电的小分子自由通过[25]。包围基质空间的线粒体内膜是富含蛋白质的脂质双层,仅允许某些特定的膜转运蛋白通过[26]。嵴膜含有氧化磷酸化呼吸链的酶复合物,是能量转换的主要部位。精子前向运动是由尾部鞭毛驱动完成的,而线粒体位于鞭毛中间部分,其超微结构的异常改变,可导致线粒体ATP合成减少[27],精子鞭毛供能不足,精子活动力降低。线粒体超微结构的异常改变包括线粒体内外膜增厚、基质增多、嵴膜溶解或消失等[28]。多发性精子鞭毛形态异常是一种先天性遗传疾病,该患者的精子鞭毛会出现纤维鞘增厚、中心微管缺失及线粒体超微结构异常改变等[29]。由此可见,线粒体超微结构异常改变是弱精子症发病的作用机制之一。
三、中医药通过调控线粒体功能治疗弱精子症
1.改善线粒体氧化损伤状态:现代医学认为睾丸内过高的ROS水平会损伤精子线粒体功能,导致精子活力下降[30]。因此,有效降低精子内ROS含量是治疗弱精子症的核心环节,也是目前中医药防治弱精子症的重要机制[31]。八子补肾胶囊是吴以岭院士根据气络学说精气神理论为指导而研发的中成药,具有补肾填精、调理阴阳的功效。实验研究发现,八子补肾胶囊可以下调衰老模型小鼠睾丸内丙二醛(MDA)及8-羟基脱氧鸟苷(8-OHd G)的表达,抑制ROS过量产生,缓解氧化应激损伤,从而改善线粒体复合物Ⅳ的活性,保护衰老模型小鼠的生育能力[32]。二仙赞育方来源于明代《景岳全书》所载的“赞育丹”,有补肾、活血、清热之功。研究发现,二仙赞育方能降低睾丸内ROS水平,减轻奥硝唑对大鼠精子的氧化应激损伤,保护精子线粒体功能,从而改善精子活力[33]。知柏地黄丸出自《医宗金鉴》,为滋阴清热的经典名方。实验研究发现,知柏地黄丸可减轻解脲脲原体(UU)感染大鼠的生殖细胞氧化应激,降低ROS水平,改善线粒体的功能,促进ATP合成,提升精子的能力供给[34]。仙方活命饮出自《校注妇人良方》,有“疮疡之圣药,外科之首方”之誉,具有补肾、活血、清热之功。姚文亮等[35]发现,仙方活命饮可降低睾丸内ROS水平,通过增加Nrf-2/HO-1信号通路及蛋白表达缓解氧化应激,进而保护线粒体的功能及提高精子活力。
2.调节MMP紊乱:正常的MMP是维持精子线粒体氧化磷酸化和合成ATP的前提条件[36],也是中医药干预弱精子症的潜在靶点之一。中医药调节MMP治疗弱精子症的作用机制,可能是通过改变线粒体膜通透性,维护线粒体质膜的完整性以调控线粒体膜两侧的离子,从而间接介导线粒体基质间的电化学梯度,改善精子线粒体功能,提高精子活力。生精汤是以健脾益肾、活血化瘀为原则而创立的治疗少弱精子症的中药复方。Yan等[37]发现,生精汤可以通过维护精子线粒体质膜完整性,调节环磷酰胺诱导少弱精子症模型小鼠精子的MMP水平,从而增强精子活力。金龟毓麟方是以“肝肾同源、精血互生”为核心思想而凝练治疗弱精子症的验方。实验研究表明,金龟毓麟方可以减轻奥硝唑诱导的弱精子症模型大鼠精子氧化应激损伤,抑制Pink1/Parkin线粒体自噬通路,提高精子MMP水平,改善精子活力[38]。益肾健脾方是东直门医院张耀圣教授治疗少弱精子症的经验方,具有补肾生精、健脾益气之功效。盛文等[39]研究发现,益肾健脾方可改善雷公藤多苷诱导的少弱精子症模型小鼠的精子m PTP的通透性,提高精子MMP水平,以恢复线粒体三羧酸循环功能,从而达到提高精子活力的效果。疏肝补肾毓麟汤是全国名老中医药专家周安方教授治疗少弱精子症的经验方。实验研究表明,疏肝补肾毓麟汤可通过促进线粒体电压依赖性阴离子通道蛋白2(VDAC2)的表达,调节c AMP/PKA通路,从而提高MMP水平以增强精子活力[40]。
3.调控线粒体蛋白质表达:精子线粒体蛋白通过维持线粒体结构和功能完整性,以确保其本身DNA的正常表达来支持精子正常功能[41]。龟鹿二仙胶首载于明代王三才的《医便》,有补肾益精、益气养血之功效。丁劲等[42]研究发现,龟鹿二仙胶可通过上调雷公藤诱导少弱精子症模型大鼠精子线粒体溶质载体家族22成员14(SLC22A114)的表达。SLC22A14蛋白作为核糖核酸转运体,位于精子线粒体的内膜上,其表达下降可导致脂肪酸β氧化缺陷,进而引起游离脂肪酸和三酰甘油酯蓄积,抑制ATP合成[43]。强精片是成都中医药大学附属医院的院内复方制剂,具有补肾益精、活血化瘀的功效。Li等[44]研究发现,强精片可上调精子线粒体抗增殖蛋白(PHB)的表达。PHB是精子线粒体上的一种高度保守的膜蛋白,并被看作是线粒体自噬的标签蛋白,它可将已裂解的膜蛋白基质转运排出至线粒体外。PHB表达下降会导致线粒体膜去极化并增加ROS的产生,从而损伤精子线粒体功能[45]。聚精助育汤为云岭名医秦国政教授治疗弱精子症的验方,有补肾益精、健脾活血之功。Lin等[46]研究发现,聚精助育汤可上调Bcl-2和下调Bax来调节线粒体膜通透性,抑制线粒体Cyt-C的表达,从而减少与凋亡蛋白酶激活因子-1相结合,保护精子线粒体功能。五子衍宗丸载于明代张时彻的《摄生众妙方》,素有“古今种子第一方”之称,是补肾益精的经典方剂。实验研究表明,五子衍宗丸可以下调精子线粒体VDAC1及线粒体基质中的亲环素D(Cyp D)的表达,降低m PTP的通透性,从而抑制精子过度凋亡[47]。
4.修复线粒体超微结构:当遇到外界刺激时,线粒体会通过自身的变化来应对这种不良影响,以保证细胞的能量供给。但是如果该影响持续存在或有更大的外界刺激时,线粒体可能无法通过协调自身来应对,会导致线粒体肿胀、形态不规则、嵴膜丧失等结构异常变化,从而诱发线粒体自噬。黄精赞育胶囊是国医大师王琦教授针对少、弱精子症“肾虚夹湿热瘀毒虫”病机而研发的中成药。研究发现,黄精赞育胶囊可以修复环磷酰胺诱导的少弱精子症模型大鼠精子鞭毛的线粒体鞘与肋柱结构,提升鞭毛运动能力,从而改善精子质量[48]。左归丸出自明代张介宾《景岳全书》,为补肾滋阴、填精益髓的经典名方。实验研究发现,左归丸可以改善精原细胞线粒体肿胀及线粒体嵴膜受损情况,恢复其正常代谢功能[49]。广嗣育麟汤是东直门医院男科团队治疗少弱精子症的协定处方,具有补肾益精、温阳不燥、滋阴不寒、阴阳双补的特点,临床效果显著[50]。管斯琪等[51]研究发现,广嗣育麟汤可下调生精细胞异常结构线粒体比例,修复线粒体内部受损结构,从而改善精子线粒体变性、坏死情况。复方制剂通精灵是崔云教授治疗精索静脉曲张性不育的经验方,具有疏肝、补肾、通络之功。研究发现,精索静脉曲张模型大鼠精子线粒体肿胀,嵴膜断裂,呈空泡化,通精灵干预后精子线粒体肿胀减轻,线粒体嵴膜丰富[52]。
上述方剂及其药物组成、功效、具体作用机制等详见表1。
四、总结与展望
综上,本文对以线粒体氧化损伤、MMP紊乱、线粒体蛋白质表达异常和线粒体超微结构改变为主要特征的线粒体功能障碍在弱精子症中的作用机制进行了总结,并对中医药调节精子线粒体功能进而治疗弱精子症进行了详细论述,且主要集中在中药复方层面,药物功效以补肾益精为主,正契合了男性不育症“肾精亏虚”的核心病机[53]。中医药通过调控线粒体功能治疗弱精子症的机制主要包括:抑制睾丸内ROS过量产生,减轻氧化应激对线粒体的损伤;提高MMP,增强线粒体合成ATP的能力;调控线粒体SLC22A114、PHB、VDAC1、Cyp D等蛋白的表达,双向调节线粒体自噬水平;修复精子线粒体超微结构损伤,维持线粒体动力学平衡,提升精子鞭毛运动的能力。
中医药通过多成分、多靶点、多机制改善精子线粒体功能治疗弱精子症虽取得诸多进展,但仍有以下几方面问题值得进一步探讨:(1)目前的研究多集中在实验层面,缺乏高质量的临床研究,无法提供有力的循证医学支撑,未来需紧密结合临床,从精子线粒体功能角度探讨中医药治疗弱精子症的药效机制;(2)未能体现中医学理论与线粒体功能障碍之间的联系,故如何将线粒体功能-中医学相关理论-弱精子症三者有机结合,可作为今后理论的探讨方向;(3)中医药调控线粒体功能治疗弱精子症的研究尚处于探索阶段,缺乏深入、有针对性的相关研究,未来可整合基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学等研究技术,多维度阐明中医药干预精子线粒体功能的相关机制;(4)目前的研究以中药复方为主,但中药复方活性成分的药代动力学、药物毒理学机制需要进一步明确,为临床用药的安全性提供参考。基于以上论述,未来仍需要展开更深入的实验研究及更严谨的临床设计,以阐明中医药靶向调控线粒体功能治疗弱精子症的内在机制,为中医药现代化提供可靠的数据支撑。
参考文献略。
来源：生殖医学杂志2025年2月第34卷第2期
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