賈卓雅，陳曉依，陳樹(shù)春

(1.河北醫(yī)科大學(xué) 研究生學(xué)院, 河北 石家莊 050017；2. 河北北方學(xué)院 研究生院，河北 張家口 075000；3. 河北省人民醫(yī)院 內(nèi)分泌科，河北 石家莊 050051)

近年來(lái)，隨著生活水平的提高，人們的生活方式和飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致超重和肥胖人群數(shù)量迅速增加，并呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)。最新發(fā)布的《中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告(2020年)》顯示，成人(≥18歲)的超重率為34.3%，肥胖率為16.4%，超重和肥胖的成年人已過(guò)半[1]。研究發(fā)現(xiàn)，肥胖可對(duì)人和實(shí)驗(yàn)鼠的生殖功能產(chǎn)生嚴(yán)重危害，可能是導(dǎo)致男性生育力低下的重要原因之一[2]。肥胖可以通過(guò)誘發(fā)瘦素抵抗、誘導(dǎo)炎癥和氧化應(yīng)激等多種機(jī)制影響中央和外周的下丘腦-垂體-性腺軸，導(dǎo)致雄性生殖功能下降，包括精子發(fā)生改變、精子數(shù)量減少、精子DNA凋亡增加、性腺功能減退、睪酮合成和分泌減少、勃起功能障礙等。胰高糖素樣肽-1受體激動(dòng)劑 (glucagon-like peptide-1 receptor agonists，GLP-1RA) 已明確可用于2型糖尿病和肥胖的治療，而2型糖尿病和肥胖通常與生殖功能下降有關(guān)[3]。隨著肥胖、糖尿病患病率的上升，需要相對(duì)安全的策略來(lái)管理共存的肥胖、糖尿病和性腺功能減退。研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1RA可能通過(guò)下丘腦Kisspeptin神經(jīng)元回路、下丘腦NO和內(nèi)源性大麻素逆行信號(hào)通路，減輕睪丸炎癥、恢復(fù)精子功能來(lái)改善肥胖所致雄性生殖功能下降[4]。本研究通過(guò)對(duì)GLP-1RA改善肥胖致雄性生殖功能下降的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，旨在為臨床診治提供理論依據(jù)。

1 肥胖致雄性生殖功能下降的機(jī)制

1.1肥胖導(dǎo)致激素失衡

1.1.1瘦素抵抗 促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH)神經(jīng)元沒(méi)有瘦素受體，所以瘦素對(duì)這些神經(jīng)元的作用是間接的[5]。脂肪組織產(chǎn)生的瘦素作用于下丘腦，可調(diào)節(jié)吻素的分泌，吻素作用于其受體(GPR54)進(jìn)而促進(jìn)下丘腦GnRH的合成與分泌，以啟動(dòng)生殖軸[6]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果均顯示，吻素能夠通過(guò)Kiss1/GPR54系統(tǒng)促進(jìn)下丘腦GnRH的合成與釋放，提示下丘腦Leptin-Kisspeptin-GnRH通路與機(jī)體生殖活動(dòng)的調(diào)節(jié)密切相關(guān)[7]。Zhai等[8]通過(guò)對(duì)高脂飲食喂養(yǎng)19周的雄性小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，膳食誘導(dǎo)肥胖組(DIO組)和膳食誘導(dǎo)肥胖抵抗組(DIO-R組)瘦素水平、雌二醇水平均高于對(duì)照組(CON組)，睪酮水平、下丘腦GPR54、GnRH、Kisspeptin表達(dá)水平均明顯低于對(duì)照組(CON組)。該研究提示在肥胖狀態(tài)下，雄性肥胖小鼠血清瘦素水平顯著升高，發(fā)生瘦素抵抗導(dǎo)致瘦素不能發(fā)揮正常的生理功能。肥胖通過(guò)影響下丘腦Leptin-Kisspeptin-GnRH通路影響睪丸分泌睪酮，進(jìn)而影響雄性生殖功能。

有文獻(xiàn)報(bào)道，Leptin/JAK2/STAT3通路在男性生殖功能中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[7]。柳成蔭等[9]對(duì)高脂喂養(yǎng)19周的雄性小鼠進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：與對(duì)照組(CON組)相比，膳食誘導(dǎo)肥胖組(DIO組)小鼠的血清瘦素顯著增高，睪丸中STAT3、JAK2表達(dá)量顯著下降，與Yi等[10]實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。肥胖引起瘦素水平升高、睪丸中JAK2/STAT3蛋白表達(dá)下降，可能是肥胖致雄性生殖功能降低的機(jī)制之一。因此，肥胖可能通過(guò)Leptin/JAK2/STAT3通路影響下丘腦-垂體-睪丸軸，進(jìn)而影響雄性生殖功能，但其具體機(jī)制尚未明確。

上述研究表明，肥胖患者脂肪組織可以產(chǎn)生高水平的瘦素，瘦素可能通過(guò)作用于Leptin-Kisspeptin-GnRH及Leptin/JAK2/STAT3信號(hào)通路產(chǎn)生瘦素抵抗來(lái)影響雄性生殖功能。

1.1.2芳香化作用加強(qiáng)導(dǎo)致更多的雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素 下丘腦-垂體-睪丸軸控制血清中睪酮的生物合成和分泌，下丘腦能夠釋放GnRH刺激垂體促性腺激素[黃體生成素(luteinizing hormone，LH)和卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH)]的釋放。在睪丸中，LH主要刺激睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成睪酮，而FSH刺激睪丸支持細(xì)胞促進(jìn)精子的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，相比體重正常者，肥胖患者GnRH、性激素結(jié)合球蛋白、血清總睪酮、游離睪酮明顯降低，雌激素水平明顯升高[11]。肥胖患者脂肪細(xì)胞中編碼芳香化酶P450的CYP19基因轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致芳香化酶P450表達(dá)升高，而此種酶可以將睪酮轉(zhuǎn)換為雌二醇。隨著肥胖患者身體白色脂肪量的增加，體內(nèi)的芳香化酶也會(huì)增加，進(jìn)而會(huì)誘導(dǎo)更多的雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素，引起睪酮水平的下降，雌激素水平的升高。此外雌二醇水平的增加會(huì)負(fù)反饋抑制下丘腦-垂體-睪丸軸，進(jìn)一步減少睪酮的分泌[12]。

1.2炎癥反應(yīng)增強(qiáng) 肥胖患者機(jī)體處于一種低度炎癥狀態(tài)，白色脂肪組織分泌的脂肪細(xì)胞因子大多數(shù)具有促炎作用[13]。Fan等[14]通過(guò)對(duì)高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型及肥胖患者的觀察發(fā)現(xiàn)，肥胖小鼠睪丸和附睪內(nèi)白細(xì)胞介素-6(interleukin 6, IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、炎癥小體3(inflammasome 3，NLRP3)，血清中免疫球蛋白G(immunoglobulin G，IgG)和皮質(zhì)酮水平顯著上升。此外，受 TNF-α調(diào)節(jié)的信號(hào)因子，即p38、核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)、Jun N-末端激酶(Jun N-terminal kinase，JNK)、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)，在睪丸中的表達(dá)水平較高。對(duì)于超重和肥胖男性患者，在其精漿中也觀察到 TNF-α和IL-6水平升高[14]。而這些蛋白均會(huì)破壞血睪屏障結(jié)構(gòu)的完整性，進(jìn)而損傷睪丸生精功能，導(dǎo)致雄性生殖功能下降[15]。

1.3氧化應(yīng)激失衡 在生物體內(nèi)，氧化還原狀態(tài)通過(guò)氧化和抗氧化酶的表達(dá)和調(diào)控來(lái)精細(xì)地維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。一旦機(jī)體的氧化與還原失衡，多余的活性氧(reactive oxygen species, ROS)會(huì)對(duì)體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA等重要物質(zhì)造成氧化、破壞，從而影響其正常功能[16]。研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)高脂飲食致肥胖組小鼠睪丸組織中過(guò)氧化氫酶、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性和mRNA表達(dá)及總抗氧化能力顯著降低，氧化應(yīng)激產(chǎn)物丙二醛、超氧化物歧化酶等均顯著增加，體內(nèi)的氧化還原失調(diào)[15]。人體和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究均表明，肥胖狀態(tài)時(shí)機(jī)體處于高氧化應(yīng)激水平[16]。精液內(nèi)高水平的ROS容易破環(huán)線粒體自身結(jié)構(gòu)和功能，降低膜電位，從而導(dǎo)致線粒體ATP生成障礙，還可以造成DNA碎片化。ROS對(duì)線粒體自身結(jié)構(gòu)的損害又將進(jìn)一步促進(jìn)ROS的生成，加重氧化損傷[17]。如此惡性循環(huán)，精子氧化損傷持續(xù)增加，最終影響雄性生殖功能。

1.4生精微環(huán)境破壞 肥胖是由脂肪組織大量堆積導(dǎo)致，脂肪組織包括白色脂肪組織和棕色脂肪組織兩種主要的類型。脂肪細(xì)胞通過(guò)合成和釋放脂肪因子如瘦素、脂聯(lián)素、抵抗素和簇集蛋白等與神經(jīng)中樞及周圍器官進(jìn)行信息傳遞[18]。在體內(nèi), 通過(guò)睪丸曲細(xì)精管顯微注射的方法將抵抗素和簇集蛋白注射到小鼠睪丸內(nèi)，蘇木素-伊紅染色結(jié)果顯示睪丸曲細(xì)精管生精上皮細(xì)胞嚴(yán)重脫落；聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和蛋白印跡結(jié)果顯示合成睪酮的關(guān)鍵基因和轉(zhuǎn)錄因子膽固醇側(cè)鏈裂解酶(cytochrome p450 cholesterol side chain lyase，P450scc)、17α-羥化酶(cytochrome p450 17α-hydroxylase，P450c17)、類固醇合成快速調(diào)節(jié)蛋白(steroidogenic acute regulatory protein，StAR)和 核受體Nur77 表達(dá)水平降低，睪酮分泌減少；酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)結(jié)果顯示睪酮以及抗繆勒管激素(anti-Mullerian hormone，AMH)、膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(glialcellline-derived neurotrophic factor，GDNF)、抑制素(inhibin，INH)的分泌減少，證明高脂誘導(dǎo)的白色化脂肪組織分泌抵抗素和簇集蛋白抑制小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌睪酮、支持細(xì)胞分泌AMH、GDNF、INH，從而破壞小鼠睪丸生精微環(huán)境，影響小鼠生殖功能[19]。

1.5精子質(zhì)量下降及性欲降低 精液質(zhì)量的評(píng)估需要精子活力、形態(tài)、密度等重要的參數(shù)。體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)可影響精液濃度和精子活力，從而降低精液質(zhì)量[20]。隨著肥胖患者BMI的增加, 少精、精子形態(tài)異常率上升[11]。Maghsoumi-Norouzabad等[21]研究發(fā)現(xiàn)，低生育力夫婦的男性精子濃度和活動(dòng)精子總數(shù)受到高BMI的不利影響，精子前向運(yùn)動(dòng)百分率及精漿α-葡葡糖苷酶活性會(huì)隨著B(niǎo)MI的增加而降低。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，隨著B(niǎo)MI的增加，肥胖患者往往表現(xiàn)出較低的性欲，性交難度也明顯增加[22]。

2 GLP-1RA改善肥胖致雄性生殖功能下降的作用機(jī)制

胰高糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)是由胃腸道L細(xì)胞和胰島細(xì)胞分泌的一種含30個(gè)氨基酸的內(nèi)源性多肽。但機(jī)體可在短時(shí)間內(nèi)快速降解釋放入血的天然GLP-1，導(dǎo)致其活性喪失[23]。為延長(zhǎng)其活性，GLP-1RA誕生。GLP-1RA類降糖藥物包括利拉魯肽、艾塞那肽、利司那肽、阿必魯肽等。GLP-1RA能刺激胰島素合成分泌、抑制胰高血糖素的分泌、延緩胃排空抑制食欲，從而起到降血糖、調(diào)血脂、減輕體質(zhì)量等作用[24]。除此之外，一項(xiàng)納入30例男性為期16周的前瞻性隨機(jī)開(kāi)放研究表明，皮下注射利拉魯肽會(huì)增加肥胖致性腺功能減退男性的睪酮水平[25]。并且越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)GLP-1RA對(duì)肥胖患者生殖過(guò)程的調(diào)節(jié)活性[26]。

2.1GLP-1RA作用于下丘腦 GLP-1可通過(guò)與GnRH系統(tǒng)的相互作用調(diào)控下丘腦-垂體-睪丸軸[27]。Vastagh等[28]使用整體免疫細(xì)胞化學(xué)和光遺傳學(xué)的方法在雄性小鼠中發(fā)現(xiàn)了GLP-1和GnRH系統(tǒng)的假定網(wǎng)絡(luò)，證明了GLP-1神經(jīng)元與GnRH細(xì)胞之間存在聯(lián)系，而這種聯(lián)系對(duì)GnRH系統(tǒng)具有興奮性。這種興奮作用是通過(guò)以下機(jī)制完成的：

2.1.1下丘腦Kisspeptin神經(jīng)元回路 產(chǎn)生GLP-1的纖維與下丘腦弓狀核的Kisspeptin神經(jīng)元緊密相連，且下丘腦弓狀核的 Kisspeptin位于GnRH神經(jīng)元上游，對(duì) GnRH 神經(jīng)元脈沖式釋放 GnRH 起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用[29]。Oride等[30]研究發(fā)現(xiàn)，GLP-1給藥導(dǎo)致大鼠下丘腦樣本中Kiss1受體mRNA表達(dá)增加、Kiss1含量增加，從而導(dǎo)致 GnRH mRNA 的表達(dá)增加及GnRH的分泌增加。此外，一項(xiàng)電生理實(shí)驗(yàn)表明，利拉魯肽增加了小鼠腦切片中下丘腦弓狀核(arcuate nucleus，ARC)Kiss1細(xì)胞膜動(dòng)作電位激發(fā)并導(dǎo)致去極化[31]。GLP-1RA可直接調(diào)節(jié)下丘腦細(xì)胞系和胎鼠腦神經(jīng)元細(xì)胞中Kiss1 mRNA 的表達(dá)，間接影響 GnRH神經(jīng)元GnRH mRNA的表達(dá)。

2.1.2NO和內(nèi)源性大麻素逆行信號(hào)通路 在Farkas等[32]的研究中，松散的膜片鉗記錄顯示GLP-1類似物Exendin-4通過(guò)激活GLP-1受體提高了雄性小鼠下丘腦GnRH神經(jīng)元的放電率；全細(xì)胞膜片鉗測(cè)量表明Exendin-4給藥后興奮性γ-氨基丁酸能微型突觸后電流頻率增加，GLP-1受體拮抗劑可以消除這種頻率，表明GLP-1通過(guò)GLP-1受體對(duì)GnRH神經(jīng)元發(fā)揮直接促進(jìn)作用。對(duì)細(xì)胞內(nèi)NO的清除作用可部分減弱 Exendin-4的興奮作用；阻斷內(nèi)源性大麻素途徑同樣實(shí)現(xiàn)了類似的部分抑制；同時(shí)阻斷NO和內(nèi)源性大麻素信號(hào)通路消除了Exendin-4的作用，表明NO和內(nèi)源性大麻素信號(hào)通路都參與了這種逆行機(jī)制，證明GLP-1通過(guò)GLP-1受體對(duì)GnRH神經(jīng)元發(fā)揮直接的促進(jìn)作用，并通過(guò)調(diào)節(jié)NO和大麻素逆行信號(hào)機(jī)制控制GnRH神經(jīng)元的突觸前興奮性γ-氨基丁酸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放[33-34]。

2.2GLP-1RA作用于垂體 關(guān)于GLP-1RA 對(duì)下丘腦-垂體-性腺軸影響的最新臨床研究報(bào)告稱，患有性功能減退癥的中年肥胖男性在利拉魯肽干預(yù)16周后LH和總睪酮顯著增加，性功能改善[25]。與下丘腦水平相比，在發(fā)情前期和發(fā)情期間小鼠垂體中的GLP-1R mRNA表達(dá)下降；相反，GLP-1在下丘腦水平增加了Kiss1的含量及Kiss1受體的表達(dá)水平，表明 GLP-1在垂體水平上的作用較弱[30]。Han等[35]對(duì)Kisspeptin 受體缺失小鼠進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，Kisspeptin 是弓狀核Kisspeptin 神經(jīng)元誘導(dǎo)垂體產(chǎn)生LH 的關(guān)鍵神經(jīng)肽。有研究表明，GLP-1通過(guò)激活下丘腦Kiss1系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-睪丸軸，進(jìn)而升高GnRH水平，作為刺激LH分泌和增加性腺類固醇循環(huán)水平的主要機(jī)制[36]。GLP-1對(duì)垂體的影響主要是通過(guò)刺激下丘腦 GnRH 釋放間接介導(dǎo)的，GLP-1對(duì)垂體釋放LH 無(wú)顯著的直接影響。

2.3GLP-1RA作用于靶腺 GLP-1RA治療肥胖2型糖尿病男性患者可能有額外改善精子功能和生育能力的益處。Zhang等[37]研究發(fā)現(xiàn)，艾塞那肽(24 nmol/kg·d，連續(xù)8周)能夠改善高脂飲食誘導(dǎo)肥胖小鼠的精子活力、線粒體膜電位和DNA完整性的損傷，降低睪丸TNF-a等炎癥基因的表達(dá)以減輕睪丸炎癥。通過(guò)將精子與不同濃度的艾塞那肽一起孵育，發(fā)現(xiàn)在300 pmol/L濃度時(shí)，精子活力顯著增加[26]。Martins等[38]在睪丸支持細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了GLP-1受體，證明 GLP-1對(duì)雄性生育能力產(chǎn)生影響。GLP-1受體也在睪丸間質(zhì)細(xì)胞和生殖細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)[39-40]，推測(cè)GLP-1RA不僅通過(guò)觸發(fā)精子中GLP-1受體的表達(dá)直接影響精子質(zhì)量和功能，而且可通過(guò)支持細(xì)胞中的GLP-1受體間接影響精子質(zhì)量和功能[40]。此外，有學(xué)者認(rèn)為哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)激酶是GLP-1改善精子線粒體膜電位過(guò)程中的關(guān)鍵，GLP-1可以通過(guò)干擾哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)來(lái)改善線粒體功能和葡萄糖代謝，使GLP-1在維持雄性生殖功能中發(fā)揮重要作用[41]。對(duì)30例肥胖中年男性應(yīng)用16周利拉魯肽后發(fā)現(xiàn)利拉魯肽可顯著改善性功能，增加總睪酮濃度，有利于改善性健康和總體健康[25]。利拉魯肽還可通過(guò)調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激和RhoA/ROCK通路來(lái)改善糖尿病患者的勃起功能障礙[42]。綜上，鑒于糖尿病和肥胖對(duì)人類性功能的負(fù)面影響，GLP-1RA的使用可能在代謝失調(diào)患者的低睪酮血癥和不育癥的管理中發(fā)揮重要作用。

3 小結(jié)

綜上，肥胖是導(dǎo)致機(jī)體代謝異常的主要誘因之一，可從多方面損害雄性的生殖功能。而GLP-1RA不僅可以降血糖，調(diào)血脂，降低體質(zhì)量，還可以改善肥胖患者的生殖功能。但現(xiàn)階段此類藥物主要用于2型糖尿病和肥胖癥的治療，相信未來(lái)會(huì)有更多關(guān)于GLP-1RA在改善肥胖誘導(dǎo)生殖功能損傷中應(yīng)用的研究。