王 福 于文曉 晏 斌 韓 強(qiáng) 劉 煜 劉勝京 綜述 唐利平 郭 軍* 審校

1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院(北京，100091)；2.北京市第一中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院；3.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京中醫(yī)院；4.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥資源中心

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球約有10%～15%的夫婦飽受不孕不育癥的困擾，其中男性不育癥占一半的比重，并呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)[1]。研究證實(shí)男性不育癥以特發(fā)性不育癥為主，多數(shù)由精子能量代謝、信號(hào)傳遞通道的異常以及精子運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的異常等多方面因素導(dǎo)致[2]。隨著研究的深入，從表觀遺傳學(xué)探討男性不育癥的發(fā)病機(jī)制已成為研究熱點(diǎn)。DNA甲基化是目前最早發(fā)現(xiàn)的表觀遺傳，其為修飾基因的途徑之一，與男性不育癥密切相關(guān)，可能是由于異常的甲基化水平導(dǎo)致精子的產(chǎn)生過(guò)程發(fā)生缺陷[3]。故本文主要從DNA甲基化與精子的產(chǎn)生與成熟之間的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 DNA甲基化

表觀遺傳學(xué)是指在細(xì)胞核DNA序列穩(wěn)定、不發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，基因的表型發(fā)生可遺傳、穩(wěn)定的變化的一門科學(xué)。其主要內(nèi)容包括位于基因啟動(dòng)子CpG島區(qū)域和印記基因CpG的DNA甲基化、組蛋白修飾，以及非編碼RNA(ncRNAs)調(diào)控等[4]。在精子的生成過(guò)程中，染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)與表觀遺傳學(xué)密切相關(guān)，任何一個(gè)因素的異常都會(huì)對(duì)其表達(dá)產(chǎn)生影響，其中影響最大的即為DNA甲基化，其主要特點(diǎn):①可遺傳性，能在細(xì)胞或世代間遺傳；②可逆性的基因表達(dá)調(diào)節(jié)；③不能用DNA序列變化解釋，而遺傳內(nèi)容主要以DNA甲基化或組蛋白翻譯后修飾等形式保存。

DNA甲基化即在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶( DNMT)的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)為甲基供體，將胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?-甲基胞嘧啶[5-6]。經(jīng)典的遺傳學(xué)理論認(rèn)為基因調(diào)控在精子的發(fā)生過(guò)程中起著主導(dǎo)作用[7]，但最近國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化影響了染色體組合、分離和減數(shù)分裂過(guò)程中相關(guān)基因的表達(dá), 與基因調(diào)控共同作用影響精子的產(chǎn)生與成熟[8]。

2 精子發(fā)生與成熟過(guò)程中DNA甲基化改變

在精子發(fā)生的過(guò)程中，精子自身DNA甲基化水平呈現(xiàn)出不同于體細(xì)胞的動(dòng)態(tài)改變。男性的DNA甲基化起始于胎兒性腺成熟前, 終止于精子的成熟過(guò)程。而去甲基化過(guò)程則在人的一生中發(fā)生兩次:第一次目的是重新建立印記，即在形成成熟配子的時(shí)期；第二次目的是減弱印記，建立新的印記，發(fā)生在胚胎發(fā)育受精卵分化為干細(xì)胞的時(shí)期。在生殖發(fā)育的過(guò)程中，人類精子經(jīng)過(guò)表觀遺傳重建的過(guò)程，即甲基化重建過(guò)程。受精前人類精子的DNA呈現(xiàn)高度甲基化狀態(tài)，但受精后精原核開始主動(dòng)快速大范圍地去甲基化，這種去甲基化不依賴DNA復(fù)制，且該低甲基化水平一直持續(xù)到胚胎桑椹期[9]。所以，精子DNA甲基化水平的異?？赡苁窃斐刹幻髟虻脑缙谧匀涣鳟a(chǎn)或胎停育的重要原因[10]。

3 參與精子印記表達(dá)的甲基化調(diào)控

基因印記是指來(lái)源于不同親代的一對(duì)等位基因發(fā)生的區(qū)別性表達(dá)，即僅翻譯表達(dá)一方親代的等位基因, 另一方親代的等位基因不表達(dá)或少部分表達(dá)。參與該現(xiàn)象的基因被稱為“印記基因”，DNA甲基化是介導(dǎo)這一過(guò)程中最常見的因素之一[11]。研究顯示，男性精液質(zhì)量的異常如少精子癥、弱精子癥、畸形精子癥等都與基因印記有很大的關(guān)系[12]。

在精子的產(chǎn)生、成熟過(guò)程中，大多數(shù)印記基因通過(guò)不同的甲基化印記控制區(qū)(ICRs)調(diào)節(jié)自身的表達(dá)或抑制；其中印記基因發(fā)生DNA甲基化的常見位置是基因的啟動(dòng)子，由于兩親本的啟動(dòng)子不相同，等位基因的來(lái)源不一樣，在ICRs的甲基化表達(dá)水平也因而不相同，使父本與母本等位基因表達(dá)不同，即產(chǎn)生印記[13]。因而參與基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控區(qū)也被叫做差異甲基化區(qū)(DMD)[14]。

3.1 MEST基因

MEST是母方的印記基因，在父方等位基因上是呈現(xiàn)未甲基化，因此正常精子中MEST甲基化程度較低[15]。國(guó)外學(xué)者對(duì)比了134例少精子癥患者和78名正常男子精子MEST基因的甲基化水平，結(jié)果表明高M(jìn)EST基因甲基化水平可導(dǎo)致少精子癥[16]；也有學(xué)者研究證實(shí)，MEST基因的高甲基化既影響精子濃度，也影響精子的活動(dòng)力及形態(tài)[17-18]。

3.2 H19/IGF2基因

H19基因是最先發(fā)現(xiàn)的印記基因，IGF2基因?yàn)閮?nèi)源性印記基因，編碼產(chǎn)物是胰島素樣生長(zhǎng)因子。H19為父方印記而IGF2為母方印記，二者定位相近，相互印記，擁有同一調(diào)控體系，共同調(diào)整控制人體的生長(zhǎng)和發(fā)育。H19/IGF2基因的異常甲基化與精子濃度密切相關(guān)，有學(xué)者對(duì)比了正常男性和不育患者H19基因的甲基化狀態(tài), 結(jié)果表明, 不育患者H19甲基化水平比正常男性更低[19]。國(guó)內(nèi)外其他研究也有相似的結(jié)論[20-21]。與H19/IGF2甲基化異常同少精子癥密切相關(guān)的結(jié)論相比，其與弱精子癥、畸形精子癥的相關(guān)性存在爭(zhēng)議[21-23]。這可能與弱精子癥、畸形精子癥檢驗(yàn)手段及衡量標(biāo)準(zhǔn)不相同，與樣本量、甲基化檢測(cè)手段，與樣本人群的種族、生活地域等都有關(guān)聯(lián)。弱精子癥、畸形精子癥與H19甲基化異常的相關(guān)性還需更深入研究。

3.3 其它印記基因

MEG3基因是父方印記基因，其在正常男性生殖細(xì)胞基本全是甲基化狀態(tài)，而在中、重度少精子癥患者中則呈現(xiàn)為甲基化丟失，甲基化程度明顯不足；提示MEG3基因印記的異?？赡軐?dǎo)致精子濃度下降，從而造成繼發(fā)不育[24]。SNRPN基因?yàn)槟阜接∮浕?，其異常甲基化?huì)導(dǎo)致弱精子癥和畸形精子癥，但可能不影響精子濃度[25]。除此之外，另有一些印記基因如GNAS、FAM50B和KCNQ1OT1的異常甲基化也會(huì)導(dǎo)致精子參數(shù)異常引起不育[26]。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái), 隨著DNA甲基化與精子質(zhì)量的關(guān)系研究的逐步深入,越來(lái)越多的研究者發(fā)現(xiàn)DNA甲基化在男性不育癥發(fā)病中起著重要的調(diào)控作用，特發(fā)性不育癥可能不僅僅與一種而是同時(shí)與兩種甚至多種印記基因的甲基化水平異常有關(guān)，比如精子濃度的增多可能與H19/IGF2基因的高甲基化和MEST基因的低甲基化有關(guān)，MEST基因的低甲基化能更明顯地反映精子濃度的降低[27]。從當(dāng)前的研究來(lái)看，相關(guān)印記基因的主要影響是體現(xiàn)在維持精液質(zhì)量上，異常DNA甲基化水平會(huì)導(dǎo)致少精子癥、弱精子癥或畸形精子癥。因此，了解DNA甲基化機(jī)制，對(duì)解決因精子DNA甲基化異常引起的男性不育癥尤為重要。相信隨著對(duì)精子DNA甲基化的不斷研究探索，尋求通過(guò)糾正精子異常甲基化水平的藥物治療男性不育癥將成為現(xiàn)實(shí)。