劉小章岳煥勛
1. 成都中醫(yī)藥大學(xué)四川省計(jì)劃生育科研所(成都 610041); 2. 四川大學(xué)第二醫(yī)院
·講 座·
年齡對(duì)男性生殖功能的影響
劉小章1岳煥勛2
1. 成都中醫(yī)藥大學(xué)四川省計(jì)劃生育科研所(成都 610041); 2. 四川大學(xué)第二醫(yī)院
為追求高學(xué)歷和職業(yè)發(fā)展,女性推遲生育已成為一種趨勢(shì)。此外,隨婚姻類型的變化,再婚后希望生育的現(xiàn)象也越來越普遍,選擇在中年后生育的男子也越來越多。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)2009年每1 000例活產(chǎn)兒父親年齡在45~49歲的比例從1980年的6.1升至2007年的8.2,上升34%[1]。英國(guó)1993年25%出生兒父親年齡在35~54歲,10年后該比例上升至40%[2]。許多中國(guó)男子也在推遲生育年齡,尤其在大城市更為明顯[3]。這一趨勢(shì)的公共衛(wèi)生意義尚未引起廣泛關(guān)注。夫婦年齡增加,生育問題的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增高。女性生育力在35歲以后明顯下降,同時(shí)流產(chǎn)、妊娠并發(fā)癥、以及后代染色體缺陷的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增高[4,5]。與女性不同,男性雄激素合成及精子發(fā)生可維持至生命晚期,男方高齡是否也可能存在生育力受損和生育風(fēng)險(xiǎn)增高等問題引發(fā)了人們的關(guān)注。
對(duì)高齡父親年齡的界定尚不明確,通常引用的標(biāo)準(zhǔn)是受孕時(shí)男方年齡≥40歲[6]。年齡對(duì)男子生育功能的影響不僅涉及分子、細(xì)胞及內(nèi)分泌網(wǎng)絡(luò)調(diào)控多方面改變,同時(shí)個(gè)體差異顯著,并受生活方式及環(huán)境因素的影響。本文簡(jiǎn)要綜述與男性年齡相關(guān)的睪丸功能、精液參數(shù)改變、對(duì)生育及生育結(jié)局的影響、遺傳疾病風(fēng)險(xiǎn)及其可能的生物學(xué)機(jī)制的研究進(jìn)展。
增齡對(duì)男性生殖系統(tǒng)的負(fù)面影響是漸進(jìn)性的。睪丸容積長(zhǎng)期保持恒定,與年齡特異相關(guān)的睪丸容積下降僅見于80歲后男子,平均雙側(cè)睪丸容積(BTV)比18~40歲男子降低31%[7]。睪丸組織學(xué)的退行性改變個(gè)體差異極大。老化睪丸的形態(tài)學(xué)特征包括暗A(chǔ)型精原細(xì)胞數(shù)量減少,多核精原細(xì)胞、巨精母細(xì)胞和巨大精子細(xì)胞發(fā)生增加,以及精原細(xì)胞多層化和生精小管憩室形成。支持細(xì)胞數(shù)量減少,胞質(zhì)內(nèi)脂滴聚積及空泡化。間質(zhì)細(xì)胞亦見多核化,細(xì)胞內(nèi)脂褐質(zhì)蓄積增加,數(shù)量減少。在一項(xiàng)多變量分析,F(xiàn)SH、抑制素B和生物可利用睪酮(T)與老年男子BTV獨(dú)立相關(guān)。BTV中度下降與抑制素B/FSH比值降低顯著相關(guān),與支持細(xì)胞數(shù)量減少相一致。由于FSH水平代償性增高支持細(xì)胞功能僅出現(xiàn)有限下降[8]。生精小管進(jìn)行性退化,生精上皮減少。由于初級(jí)精母細(xì)胞凋亡加速,老齡化睪丸中每個(gè)支持細(xì)胞上初級(jí)精母細(xì)胞數(shù)量減少,致精子發(fā)生效能降低。此外,支持細(xì)胞和生殖細(xì)胞間通信干擾也有報(bào)道。所有這些因素均造成了老齡睪丸精子發(fā)生障礙[9-12]。
無論在人或動(dòng)物,血清睪酮(T)水平隨年齡增加而下降[13]。T水平的下降導(dǎo)致多種生理功能下降,包括骨密度、瘦體量、體能、肌肉強(qiáng)度下降;心理、認(rèn)知能力、情緒變化以及頻發(fā)的勃起功能障礙。相當(dāng)比例60歲以上男子的血清T水平低于年輕男子(20~30歲)的下限[14]。增齡造成循環(huán)總睪酮(TT)和生物可利用T以相對(duì)恒定的速率下降。由于血清性激素結(jié)合球蛋白(SHBG)隨年齡而增高,游離T指數(shù)(T/SHBG)下降比總T水平下降更為顯著。采用TT濃度為標(biāo)準(zhǔn),血清T水平處于性腺功能減退范圍的發(fā)生率在 60歲以上、70歲以上和80歲以上的男子分別為20%、30%和50%,當(dāng)采用游離T指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)該發(fā)生率更高[15]。其他研究也注意到與增齡相關(guān)的TT下降[16],這種下降大約從30歲開始[11,17],其機(jī)制尚不完全清楚。隨著T水平下降,血清FSH水平升高而LH水平輕度上升或無改變[16],表明T的下降并非LH降低的結(jié)果,提示存在間質(zhì)細(xì)胞缺陷。盡管血清LH水平無明顯改變,但下丘腦GnRH基因表達(dá)和含量及LH脈沖幅度存在與年齡相關(guān)的變化已得到證實(shí)。與年輕男子相比,血清T水平低下的健康年長(zhǎng)男子LH脈沖頻率異常,脈沖幅度降低,以及分泌無序[18],因此即使平均血清LH濃度無下降,也不能排除下丘腦-垂體功能衰退在間質(zhì)細(xì)胞衰老中的原發(fā)作用。采用脈沖式靜脈滴注重組人LH及分析LH-T計(jì)量反應(yīng)估算模式,Veldhuis等證實(shí)LH刺激睪丸合成T的能力呈現(xiàn)年齡相關(guān)的下降。睪丸對(duì)LH刺激的應(yīng)答表現(xiàn)出與年齡相關(guān)的3種不同缺陷:生物合成的LH脈沖效力進(jìn)行性降低、間質(zhì)細(xì)胞對(duì)內(nèi)源性LH脈沖的敏感性降低以及LH脈沖對(duì)T的降調(diào)增強(qiáng)[19]。老齡Brown Norway大鼠(20月齡)與年輕大鼠(4~6月齡)相比,間質(zhì)細(xì)胞甾體合成能力下降近50%,將分離純化的衰老間質(zhì)細(xì)胞與LH進(jìn)行離體培養(yǎng)不能增加其T的合成[13,20]。有證據(jù)顯示源自線粒體電子傳遞鏈、類固醇合成和(或)巨噬細(xì)胞的活性氧(ROS)通過改變衰老間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的氧化還原環(huán)境,可能損傷間質(zhì)細(xì)胞膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì),致使LH信號(hào)傳導(dǎo)衰減,影響環(huán)磷酸腺苷的生成、膽固醇經(jīng)類固醇生成急性調(diào)節(jié)蛋白(StAR)和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(18-kd TSPO)的轉(zhuǎn)運(yùn)以及類固醇合成酶。年齡相關(guān)的COX2活性增加(可能起因于ROS誘導(dǎo)的p38MAPK磷酸化)也促成了StAR表達(dá)降低,從而抑制T生物合成的限速步驟。此外,其他激素和(或)生長(zhǎng)因子,包括PACAP和細(xì)胞因子可能也參與了年齡相關(guān)的間質(zhì)細(xì)胞T合成下降[13,21]。不過,也有人認(rèn)為用LH受體或間質(zhì)細(xì)胞絕對(duì)數(shù)量減少來解釋LH效力的減弱更合理,內(nèi)源性LH生物活性的改變可能是間質(zhì)細(xì)胞類固醇合成降低的原因[18]。
精液質(zhì)量通常被視為評(píng)估男性生育力的替代指標(biāo),已發(fā)現(xiàn)精子濃度≥40×106/ml可增加一個(gè)月經(jīng)周期的受孕概率[22]。多種因素包括毒物接觸的蓄積、宿主自身的因素如泌尿生殖道感染、血管性疾病或年齡等可都能導(dǎo)致精液質(zhì)量的改變。對(duì)3698例不育男子的回顧性橫斷面數(shù)據(jù)顯示,附性腺感染發(fā)生率隨年齡增加而增高(<25歲為6.1%而>40歲男子為13.65%),附性腺感染者精子計(jì)數(shù)顯著降低。毒性物質(zhì)的長(zhǎng)期接觸或蓄積可直接損傷精子發(fā)生或生殖細(xì)胞DNA,接觸后對(duì)精子數(shù)量和活力的影響可持續(xù)多年。不過,盡管環(huán)境因素對(duì)中老年男子精液參數(shù)的損傷已被廣泛接受,但尚缺乏確鑿證據(jù)[23]。年齡對(duì)常規(guī)精液參數(shù)的真實(shí)意義尚有爭(zhēng)議,但至少有大量證據(jù)表明老齡化與精液量、精子活力和正常形態(tài)精子比例降低有關(guān),與精子濃度的關(guān)系不明確[23,24]。還有研究發(fā)現(xiàn)年齡相關(guān)的精子存活率[25,26]、精漿果糖和α-葡糖苷酶水平下降[27]。涉及1 174例健康人群的大樣本研究顯示45歲以上男子精液參數(shù)基線值達(dá)到或超過WHO推薦的正常參考值者僅占46%[28],對(duì)中國(guó)健康男子的研究也有類似發(fā)現(xiàn)[25],因此評(píng)價(jià)精液質(zhì)量時(shí)應(yīng)考慮年齡因素的影響。Sloter等[29]應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助精液分析證實(shí)年齡相關(guān)的精子活力下降(活動(dòng)精子、前向活動(dòng)精子、快速活動(dòng)精子分別以每年0.8%、0.9%、0.4%的速度下降),精子運(yùn)動(dòng)的3個(gè)定量指標(biāo)包括直線性、直線速度、平均軌跡速度分別以每年02.%、0.2%和0.3%速度下降。推測(cè)隨年齡增加,運(yùn)動(dòng)精子減少,運(yùn)動(dòng)精子的線性運(yùn)動(dòng)能力降低,致單位時(shí)間內(nèi)前向運(yùn)動(dòng)距離減小,從而影響男性生育力。另外,利用活動(dòng)精子細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察,Silva等證實(shí)增齡伴有顯著的正常精子比例下降和大核空泡精子(精子核空泡區(qū)>50%)比例增加,絕大多數(shù)≥41歲男子都見有明顯的精子形態(tài)學(xué)改變[30]。有證據(jù)顯示大的核空泡與精子DNA碎片和變性以及異常染色質(zhì)包裝有關(guān)。
盡管不少研究者認(rèn)為精液參數(shù)的變化呈漸進(jìn)性,無明確年齡界線[9,24,29,31]。但Stone等觀察4822份精液樣本,發(fā)現(xiàn)34歲后總精子數(shù)和精子活力明顯下降,40歲開始精子密度和正常形態(tài)精子比例下降(分別為0.8%/年),43歲后活動(dòng)精子比例和活動(dòng)精子前向運(yùn)動(dòng)參數(shù)下降(分別每年為2%和0.8%/年),45歲后精液量下降,55歲后見精液中攜帶Y和X染色體精子比值下降,預(yù)測(cè)>34歲男子致孕的可能性降低[32]。也有研究報(bào)告類似結(jié)果[33,34]。Levitas 等發(fā)現(xiàn)精子參數(shù)峰值出現(xiàn)在年齡≥30歲~<35歲,最明顯的下降發(fā)生在55歲以后[33]。Zhu等以人群為基礎(chǔ)涉及998例中國(guó)男子的研究也觀察到精子前向運(yùn)動(dòng)率、存活率及正常形態(tài)精子比例的下降具有不同年齡的轉(zhuǎn)折點(diǎn),精子快速前向運(yùn)動(dòng)力和正常形態(tài)精子比例從30歲開始緩慢下降,前向運(yùn)動(dòng)力的下降從40歲開始,精子存活率在20~60歲持續(xù)緩慢下降[35]。研究人群、年齡組截點(diǎn)、以及分析方法的不同可能解釋研究結(jié)果間的差異。
精液質(zhì)量?jī)H為受孕概率的間接測(cè)量,年齡相關(guān)的精液質(zhì)量下降并不能證明高齡男子致孕或受精機(jī)會(huì)降低。多種混淆變量包括女方高齡、性交頻率降低、勃起功能障礙發(fā)生率增高、以及吸煙等,增加了獨(dú)立評(píng)估男方年齡對(duì)生育潛能影響的難度。
Katz-Jaffe等對(duì)6~8周齡雄性遠(yuǎn)系繁殖CF1小鼠在15個(gè)月期間與6~8周齡超排卵雌鼠常規(guī)交配的生育結(jié)局(體內(nèi)、體外)進(jìn)行觀察。結(jié)果顯示≥12月齡雄鼠所致體內(nèi)受精率、胎兒體長(zhǎng)體質(zhì)量、胎盤質(zhì)量均明顯低于<12月齡雄性小鼠。離體胚囊發(fā)育明顯降低,胚囊移植流產(chǎn)率明顯增高。此外,12~15月齡小鼠精子Ace-1、Prm1、Prm2以及Smep基因表達(dá)水平降低。表明父系生育力從中年(12月齡,相當(dāng)于人40~50歲)開始迅速退化,父系年齡對(duì)自然受孕、離體胚囊發(fā)育、胚囊植入潛能以及胎兒生存具有直接負(fù)面影響[36]。
也有大樣本研究嘗試描述男方年齡對(duì)夫婦生育力的影響[24,37]。在對(duì)2 112妊娠婦女的隊(duì)列研究,Hassan等發(fā)現(xiàn),當(dāng)男方年齡>45歲時(shí),妊娠等待時(shí)間(TTP)增加5倍,夫婦TTP>1年或>2年的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)分別是≤25歲男子的4.6倍和12.5倍[38]。Dunson等對(duì)782對(duì)健康夫婦5 860個(gè)月經(jīng)周期的回顧性分析也顯示男子生育力在35歲后明顯下降[39]。這些研究均對(duì)女方年齡及性行為等混雜變量進(jìn)行了控制。丹麥一般人群前瞻性隊(duì)列研究亦顯示與20~24歲男子相比,35~39歲男子的生育力略有下降(0.95,95% CI: 0.77-1.19),去除周期規(guī)律和月經(jīng)周期長(zhǎng)度變量后該結(jié)果保持不變[40]。Matorras等發(fā)現(xiàn)男性從35~39歲開始生育力呈指數(shù)型下降(斜率-0.11至-0.12),其獨(dú)立于女方年齡,39歲后生育力年下降率為21%~23%[41]。
還有大量研究檢測(cè)了父親年齡對(duì)接受輔助生育技術(shù)(ART)治療夫婦妊娠結(jié)局的影響。Klonoff-Cohen等發(fā)現(xiàn)妊娠率隨男方年齡的增加而降低。男方年齡≤30歲、36~40歲、>40歲時(shí)活產(chǎn)率分別為38%、17%和7%。男方年齡每增加一歲,無成功活產(chǎn)的比值增加12%[42]。為了避免男方年齡分析中的取樣偏倚,Rochebrochard等選擇研究了1938對(duì)因女方不孕(雙側(cè)輸卵管梗阻或缺失)要求IVF治療夫婦的ART數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)與<30歲男子相比,男方年齡≥40歲IVF受孕失敗的比值比為1.70,表明類似女方年齡超過35歲,男方年齡超過40歲也是生育的一個(gè)主要危險(xiǎn)因素[43]。
有人提出贈(zèng)卵接受者是研究人類父親年齡對(duì)妊娠結(jié)局影響的最佳人群。因贈(zèng)卵一般取自年輕健康婦女,基本排除了女方年齡的影響。Frattarelli等對(duì)接受贈(zèng)卵周期治療的1 023對(duì)不孕夫婦的評(píng)價(jià)報(bào)告男方年齡>50歲對(duì)妊娠結(jié)局及囊胚形成率有顯著影響,男方年齡≤50歲和>50歲活產(chǎn)率和流產(chǎn)率分別為56.0%和41.3%,24.4%和41.5%。植入率、妊娠率及早期胚胎發(fā)育不受男方年齡的影響[44]。相反,一項(xiàng)涉及1083對(duì)不孕夫婦1 392贈(zèng)卵周期的回顧性隊(duì)列研究在對(duì)女方受體年齡和治療周期數(shù)進(jìn)行校正后,未發(fā)現(xiàn)父親年齡與妊娠結(jié)局有明顯的關(guān)系,不過男方年齡增加與精液量和精子活力顯著相關(guān)[45]。近期Dain等的Meta分析認(rèn)為沒有足夠證據(jù)證明父親高齡對(duì)ART結(jié)局的影響,但確發(fā)現(xiàn)胚囊形成比例降低與父親年齡增加有關(guān)[46]。
采用全基因組測(cè)序證實(shí)父親新生突變率隨年齡的增加而增高[2,37,47,48]。高齡父親與生育能力之間的反向關(guān)系提示老化雄性配子新生基因突變的可能性。每一次細(xì)胞有絲分裂,基因組的復(fù)制對(duì)諸如堿基對(duì)交換、微缺失、微重疊等錯(cuò)誤更為敏感,導(dǎo)致可能影響蛋白質(zhì)編碼和(或)功能的新生突變累積。據(jù)估計(jì)精原干細(xì)胞在青春期前分裂30次,進(jìn)入成年期后每16d分裂一次,50歲時(shí)已發(fā)生840次分裂,每一次復(fù)制都可能導(dǎo)致DNA拷貝錯(cuò)誤[36,48]。老齡化過程亦累及到表觀遺傳學(xué),生殖細(xì)胞表觀遺傳標(biāo)記的建立和(或)維持中的錯(cuò)誤,包括DNA甲基化、組蛋白尾部修飾、目標(biāo)組蛋白保留、魚精蛋白嵌入可能導(dǎo)致受精率降低,存活率下降及不正確的胚胎基因組活化等[36,49]。新的基因突變的產(chǎn)生和表觀遺傳修飾可能影響精子質(zhì)量和功能。高齡父親應(yīng)被視為人群中新的基因突變的重要原因。最新估計(jì)表明15%~30%男性因素不育是基因異常所致,隨著更多導(dǎo)致不育基因的識(shí)別該比例可能還會(huì)升高[50]。高齡男子精漿ROS水平升高,精子DNA損傷(單鏈和雙鏈DNA斷裂)增加及早期凋亡標(biāo)記表達(dá)增高[11,51]。目前標(biāo)準(zhǔn)臨床試驗(yàn)室檢測(cè)方法無法識(shí)別的早期凋亡精子可能存在功能不全而不能受精,攜帶DNA損傷的精子進(jìn)入卵子可導(dǎo)致胚胎發(fā)育不良、流產(chǎn)及其他負(fù)面影響的風(fēng)險(xiǎn)。為此,一些國(guó)家將供精者年齡上限定為40~45歲。
理解男性年齡對(duì)生育功能的影響具有重要的公共衛(wèi)生意義。男性睪丸功能和精子質(zhì)量隨年齡增長(zhǎng)而下降,高齡父親攜帶已知和未知的風(fēng)險(xiǎn)。ART的發(fā)展使得即使是精液質(zhì)量最差的高齡男子也能夠致孕,但其中所涉及風(fēng)險(xiǎn)并未被完全認(rèn)識(shí)。年齡是決定生育力的一個(gè)最重要的因素,不僅是高齡母親,父親年齡的增長(zhǎng)(>40歲)也與生育力降低、妊娠相關(guān)并發(fā)癥及不良結(jié)局有關(guān)。在生殖生物學(xué)領(lǐng)域人們的思維模式正在轉(zhuǎn)變,高齡父親的潛在風(fēng)險(xiǎn)將與母親因素一并考慮。同時(shí)應(yīng)盡快制定高齡潛在父親評(píng)估和咨詢的正式指南。
父親年齡; 生育力; 生育結(jié)局
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(2013-10-13收稿)
10.3969/j.issn.1008-0848.2014.01.020