王二輝，王 亞，翟德勝，劉曉丹，吳衛(wèi)東

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

近年來，大氣細(xì)顆粒物(fine particulate matters，PM2.5)逐漸成為影響我國空氣質(zhì)量的主要因素之一。PM2.5指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)直徑<2.5 μm的顆粒物[1]，它能較長時(shí)間懸浮于空氣中。與直徑>2.5 μm的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)(如重金屬、微生物等)，且在大氣中的停留時(shí)間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大[2-3]。大量的人群流行病學(xué)證據(jù)提示，大氣PM2.5可以導(dǎo)致暴露人群心腦血管和呼吸系統(tǒng)疾病的病死率明顯增加[4-6]。有研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5可以深入機(jī)體肺泡并沉積，對機(jī)體的呼吸系統(tǒng)造成損傷；進(jìn)而進(jìn)入血液循環(huán)，對機(jī)體造成全身性的健康危害[7-8]。人類活動(dòng)是大氣PM2.5的主要來源，我國能源消耗(包括煤炭、石油) 的持續(xù)增加及機(jī)動(dòng)車保有量的快速上升等多種因素共同作用導(dǎo)致了PM2.5污染，將在我國大部分地區(qū)長期存在。因此，PM2.5的不良健康效應(yīng)引起了各界的廣泛關(guān)注，開展PM2.5健康損害效應(yīng)及其相關(guān)機(jī)制研究具有重要意義。隨著研究的不斷深入，近年人群流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5高污染地區(qū)的居民出現(xiàn)男性生殖功能受損的現(xiàn)象[9-12]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)PM2.5與雄性生殖功能下降有關(guān)[13-14]。但其具體調(diào)控機(jī)制卻知之甚少。關(guān)于PM2.5健康損害效應(yīng)的研究，目前國內(nèi)外主要集中在其對心腦血管和呼吸系統(tǒng)毒性作用和母源性出生缺陷的影響[15-19]，鮮見對雄性生殖毒性機(jī)制的研究。本文就PM2.5對雄性生殖功能的影響及其相關(guān)機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PM2.5對雄性生殖功能的影響

人群流行病學(xué)研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示PM2.5會(huì)對雄性生殖健康產(chǎn)生不良影響，PM2.5低污染地區(qū)男性精子質(zhì)量好于高污染地區(qū)，如ZHOU等[9]通過對429名重慶城區(qū)和917名重慶農(nóng)村地區(qū)20～40歲健康成年男性的研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村地區(qū)男性精液質(zhì)量明顯好于城市地區(qū)；HAMMOUD等[10]研究發(fā)現(xiàn)，男性PM2.5暴露2～3個(gè)月后精子活力下降；SELEVAN等[11]研究發(fā)現(xiàn)，空氣顆粒物可致人類精子活力下降和精子畸形率增加；PIRES等[12]研究發(fā)現(xiàn)，出生前后暴露于PM2.5會(huì)影響小鼠精子生成；SOMERS等[13]研究發(fā)現(xiàn)，雄性小鼠因空氣中顆粒污染物所造成的基因變異可遺傳給下一代；CAO等[14]研究發(fā)現(xiàn)，雄性大鼠PM2.5暴露7周后使雌鼠受孕能力下降、精子畸形率增高、睪丸生精細(xì)胞凋亡增多。

2 PM2.5致雄性生殖功能損傷的機(jī)制

雄性生殖毒性主要表現(xiàn)為內(nèi)在或外在因素對睪丸和精子造成的結(jié)構(gòu)損傷和功能影響。隨著生殖毒理學(xué)和生殖流行病學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，近年來，雄性生殖的毒性作用及其作用機(jī)制的研究日益受到重視。研究表明，精子質(zhì)量下降引起的男性生育力降低與氧化應(yīng)激有關(guān)[20]。生精細(xì)胞凋亡是機(jī)體清除過量及缺陷生精細(xì)胞的正常生理機(jī)制，病理狀態(tài)下的過度凋亡會(huì)導(dǎo)致少、弱精子癥發(fā)生，異常的睪丸生精細(xì)胞凋亡是雄性生殖損傷發(fā)生的重要原因[21]。目前的研究結(jié)果表明，PM2.5影響雄性生殖功能的機(jī)制主要涉及氧化應(yīng)激和睪丸生精細(xì)胞凋亡。

2.1氧化應(yīng)激活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)是指生物體在有氧代謝條件下產(chǎn)生的含氧自由基。在正常狀態(tài)下，ROS和抗氧化物質(zhì)在體內(nèi)處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。但在病理?xiàng)l件下，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生大量ROS打破這種平衡。當(dāng)ROS含量超過機(jī)體抗氧化防御能力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激[10]。研究表明，PM2.5所致雄性生殖功能低下與氧化應(yīng)激密切相關(guān)[14，22-24]。PM2.5可誘導(dǎo)睪丸組織產(chǎn)生過量ROS，破壞正常的抗氧化防御系統(tǒng)，減少超氧化物歧化酶等的含量，增加脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛含量，導(dǎo)致睪丸氧化應(yīng)激[14，22-25]。精子中過多的ROS產(chǎn)物能夠抑制抗氧化劑對精子和精子膜的保護(hù)作用。精子膜上含有大量的多不飽和脂肪酸，這一特殊結(jié)構(gòu)使精子膜對ROS的水平變化極其敏感，極易受到ROS的攻擊而發(fā)生氧化應(yīng)激損傷，從而損傷精子的結(jié)構(gòu)和功能，成為雄性不育的原因之一[26]。

2.2睪丸生精細(xì)胞凋亡異常的睪丸生精細(xì)胞凋亡是雄性生殖損傷發(fā)生的重要原因，近年人們從細(xì)胞凋亡角度研究雄性生殖功能損傷的分子機(jī)制。細(xì)胞凋亡的通路主要有死亡受體活化、線粒體損傷途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)啟動(dòng)的凋亡途徑。其中死亡受體活化、線粒體損傷途徑是經(jīng)典凋亡途徑，ERS途徑是近年才發(fā)現(xiàn)的一種新的凋亡途徑[27]。研究表明，ERS對哺乳動(dòng)物雄性生殖有重要的調(diào)節(jié)作用，包括對精母細(xì)胞、睪丸結(jié)構(gòu)及精子發(fā)生的影響[28]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中一類重要的亞細(xì)胞器，其主要功能是負(fù)責(zé)大部分跨膜蛋白和分泌蛋白的合成、折疊、組裝和修飾[29]。多種生理狀態(tài)和環(huán)境刺激如氧化應(yīng)激均可擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致未折疊蛋白/錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)積聚，引起ERS。為減輕ERS的有害作用，機(jī)體會(huì)激活一種自我保護(hù)機(jī)制即未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)，一方面通過對蛋白質(zhì)翻譯的反饋抑制而減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)折疊壓力，另一方面激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶基因的表達(dá)以增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對蛋白質(zhì)的折疊能力。在哺乳動(dòng)物中，UPR由位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的3個(gè)跨膜感應(yīng)分子蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶、需肌醇酶1和活化轉(zhuǎn)錄因子6介導(dǎo)，通過抑制新生蛋白質(zhì)的翻譯，加速錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)的降解以及增強(qiáng)未折疊蛋白的折疊，旨在恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)平衡并促進(jìn)細(xì)胞存活[28-29]。非應(yīng)激狀態(tài)下，這3種轉(zhuǎn)錄蛋白的N-端與免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白(immunoglobulin heavy chain binding protein，Bip)/葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白-78(immunoglobulin heavy chain binding protein/glucose regulated protein，GRP78)耦合形成不具有活性的二聚體，能沉默UPR信號(hào)。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)集聚大量未折疊蛋白或者錯(cuò)誤折疊蛋白時(shí)，這3種轉(zhuǎn)錄因子蛋白與Bip/GRP78解離被活化，啟動(dòng)UPR信號(hào)通路。然而，當(dāng)ERS持續(xù)時(shí)間過長或UPR適應(yīng)功能不足，嚴(yán)重或慢性的UPR活化則可調(diào)節(jié)相關(guān)分子介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[30-31]。

血-睪屏障作為哺乳動(dòng)物睪丸內(nèi)限制各種內(nèi)源性和外源性有毒化學(xué)物質(zhì)擴(kuò)散的物理屏障，其功能障礙被認(rèn)為是參與化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)的生殖毒性中的一個(gè)重要途徑[32]。PIRES等[12]研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5可進(jìn)入血-睪屏障破壞正常的生精過程。LIU等[33]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5誘導(dǎo)雄性生殖毒性的機(jī)制是通過上調(diào)增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白和半胱胺酸蛋白酶蛋白-12表達(dá)水平，激活ERS的UPR信號(hào)通路，導(dǎo)致睪丸生精細(xì)胞過度凋亡而實(shí)現(xiàn)的。至于死亡受體活化和線粒體凋亡途徑在PM2.5誘導(dǎo)的雄性生殖毒性中是否起調(diào)控的作用尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

3 問題與展望

當(dāng)前PM2.5對雄性生殖健康影響的研究已經(jīng)引起廣泛關(guān)注，相關(guān)研究逐漸增多，但大多數(shù)研究主要涉及一般生殖毒性指標(biāo)的觀察。有研究證實(shí)，ERS誘導(dǎo)的睪丸生精細(xì)胞過度凋亡是其毒性機(jī)制之一[33]，但死亡受體活化和線粒體凋亡途徑是否也參與上述調(diào)控過程有待進(jìn)一步研究。此外，雄性生殖涉及激素分泌和精子生成等一系列復(fù)雜的生理過程，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)受到影響都有可能導(dǎo)致雄性生殖毒性的發(fā)生。目前，對PM2.5所致雄性生殖毒性調(diào)控機(jī)制的研究尚不充分，很多方面如PM2.5對下丘腦-垂體-睪丸軸的影響，對Steroli、Leydig細(xì)胞功能、生精微環(huán)境的影響及機(jī)制，對生精細(xì)胞有絲分裂增殖和減數(shù)分裂過程有何影響等，均有待進(jìn)一步研究。此外，相關(guān)的臨床干預(yù)保護(hù)措施如服用抗氧化劑和ERS抑制劑等對PM2.5所致雄性生殖毒性的保護(hù)作用等研究也比較缺乏，這些都是以后研究的方向。