討論

這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究提供了新的數(shù)據(jù)，支持這樣一種觀點(diǎn)，即模仿OSA的慢性間歇性缺氧模式實(shí)際上會降低男性的生育能力。有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)精子活力的改變甚至發(fā)生在預(yù)期較低的實(shí)驗(yàn)系列中。這是在精子質(zhì)量不受老化影響的最年幼的小鼠身上發(fā)現(xiàn)的，這些小鼠只接受了30天的間歇性缺氧，略低于小鼠精子發(fā)生的約40天持續(xù)時間。此外，最重要的結(jié)果是，在更真實(shí)地模擬OSA患者臨床狀況的動物身上觀察到的后代減少情況：中年小鼠受到長時間、慢性、間歇性缺氧的影響。

以往有關(guān)低氧對精子質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)研究是在持續(xù)低氧條件下進(jìn)行的或在動物交替處于常氧和低氧狀態(tài)下進(jìn)行的，每次持續(xù)數(shù)天，以模擬對低海拔和高海拔的周期性適應(yīng)過程。這些研究報(bào)告了空氣中低氧濃度引起的睪丸/精子氧化應(yīng)激和其他組織學(xué)/解剖學(xué)改變。然而，在恒定或極低頻交替缺氧條件下獲得的數(shù)據(jù)并未提供有關(guān)OSA所特有的高頻間歇性缺氧對男性生育能力潛在影響的信息。因此，本研究的實(shí)驗(yàn)方法專門針對這一目的。事實(shí)上，對小鼠施加的缺氧呼吸模式相當(dāng)嚴(yán)重，但絕非例外，與實(shí)驗(yàn)性O(shè)SA研究中采用的典型缺氧范式類似。此外，為了更好地描述整個過程，我們研究了病理生理級聯(lián)過程中不同層次的變量。首先，我們發(fā)現(xiàn)間歇性缺氧實(shí)際上轉(zhuǎn)化為睪丸組織中高頻率的缺氧/復(fù)氧事件(圖1)。其次，通過傳統(tǒng)的生物標(biāo)記物評估了睪丸的相關(guān)氧化應(yīng)激(圖2)。第三，我們發(fā)現(xiàn)精子隨后會逐漸喪失活力(圖3)。最后，通過交配試驗(yàn)證明了男性生育能力的實(shí)際下降(圖4)。

睪丸局部缺氧/復(fù)氧事件是間歇性低氧供血的直接后果，應(yīng)被視為隨后觀察到的精子變化的主要原因。睪丸PtO2是通過電化學(xué)微電極測量的，該微電極具有極佳的分辨率：觀察到的樣本面積小，時間響應(yīng)快(直徑50μm，90%響應(yīng)時間<2秒)。事實(shí)上，這種工具以前曾用于測量OSA嚙齒動物模型中其他組織(大腦、肌肉、脂肪、肝臟)的PtO2。有趣的是，我們在小鼠睪丸中獲得的約12mmHg基線值與之前在大鼠、兔子、綿羊和狗等其他物種中獲得的數(shù)據(jù)一致。睪丸PtO2的這一數(shù)值明顯低于其他組織的氧合水平：事實(shí)上，不同的報(bào)告表明，睪丸的PtO2大約是大多數(shù)相關(guān)組織數(shù)值的一半。睪丸在相對缺氧的水平下工作這一事實(shí)被歸因于精子發(fā)生過程中的新陳代謝需求導(dǎo)致的高耗氧量，以及睪丸增加血流量的能力減弱。因此，睪丸可能對OSA中典型的間歇性氧氣不飽和血液供應(yīng)特別敏感，這反映在反復(fù)缺氧(約4mmHg nadir；圖1)導(dǎo)致的PtO2波動幅度相當(dāng)大，可能對精子發(fā)生過程產(chǎn)生重要影響，進(jìn)而影響生育能力。

眾所周知，各種內(nèi)源性和外源性因素(如熱應(yīng)激、精索靜脈曲張、糖尿病、感染、缺氧)都會導(dǎo)致睪丸處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。據(jù)報(bào)道，持續(xù)缺氧對睪丸產(chǎn)生影響的機(jī)制可能是通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，因?yàn)榛钚匝跣纬稍黾樱趸烙鶛C(jī)制受損，導(dǎo)致生精細(xì)胞受損和凋亡。在這一過程中，缺氧和氧化應(yīng)激相關(guān)基因出現(xiàn)上調(diào)。然而，在我們的間歇性缺氧實(shí)驗(yàn)中，所分析的三個氧化應(yīng)激標(biāo)記中的兩個(Gpx1和Sod1)在間歇性缺氧處理的雄性睪丸中表達(dá)不足，這表明氧化保護(hù)的受損方式與持續(xù)性缺氧不同。持續(xù)缺氧會導(dǎo)致生殖細(xì)胞損傷和凋亡，而我們的間歇性缺氧模型則不同，它只會降低精子的運(yùn)動能力和生育能力。

為了減少ROS的產(chǎn)生，睪丸建立了一個復(fù)雜的抗氧化系統(tǒng)，睪丸中的氧化應(yīng)激誘導(dǎo)會產(chǎn)生一種反應(yīng)，其特點(diǎn)是誘導(dǎo)SOD、GPx和谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)活性的mRNA物種。在SOD的存在下，它們會將超氧陰離子(O2-)迅速轉(zhuǎn)化為過氧化氫(H2O2)，以防止前者參與形成高度有害的羥基自由基。以這種方式產(chǎn)生的H2O2是一種強(qiáng)大的膜滲透性氧化劑，為了防止誘發(fā)脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷，必須將其迅速排出細(xì)胞。H2O2的清除要么由過氧化氫酶完成，要么由谷胱甘肽過氧化物酶完成，而在睪丸中后者占主導(dǎo)地位。我們認(rèn)為，在我們的實(shí)驗(yàn)中，過氧化氫酶的水平不會受到影響，因?yàn)樗诓G丸中的重要性有限。

Gpx1和Sod1表達(dá)的減少可能與精子活力和受精率(懷孕雌性減少)的降低有關(guān)。然而，間歇性缺氧組的每胎平均胎兒數(shù)并未受到影響，這表明能夠使雌性受孕的雄性精子的DNA質(zhì)量足以產(chǎn)生正常胚胎。有報(bào)道稱，Sod1基因敲除小鼠(Sod1-KO)精子的體外受精能力低于野生型精子，但一旦受精，胚胎就能正常發(fā)育到囊胚期，這與我們的研究結(jié)果一致。有趣的是，Sod1-KO小鼠的精子在滴注培養(yǎng)基中培養(yǎng)期間，其精子運(yùn)動能力逐漸下降，Sod1-KO精子中的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物增加。最近又有研究表明，在與野生型雄性小鼠進(jìn)行的精子競爭試驗(yàn)中，Sod1-KO小鼠的體內(nèi)受精成功率為零，而且與不同基因型的雌性小鼠單獨(dú)交配時幾乎完全不育。此外，與我們的間歇性缺氧小鼠一致，Sod1-KO小鼠在交配行為上沒有差異。我們認(rèn)為，間歇性缺氧對睪丸造成的氧化損傷是由一些抗氧化酶的減少引起的，這些酶會導(dǎo)致精子的漸進(jìn)運(yùn)動能力和精子受精能力下降，而不會影響其他生殖特征，如精子生成、精子DNA質(zhì)量或交配行為。

這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)有力地表明，間歇性缺氧通過氧化應(yīng)激對直接參與精子發(fā)生的組織產(chǎn)生局部影響，可能會降低男性的生育能力。不過，間歇性缺氧也有可能影響到局部或全身的介質(zhì)，而這些介質(zhì)在調(diào)節(jié)生育能力方面發(fā)揮著作用。事實(shí)上，睪酮和卵泡刺激素是作用于睪丸以調(diào)節(jié)精子發(fā)生效率的兩種主要內(nèi)分泌信號。睪酮由位于曲細(xì)精管之間的睪丸間質(zhì)中的萊德細(xì)胞產(chǎn)生，然后擴(kuò)散到曲細(xì)精管中。由于睪酮是由Leydig細(xì)胞在局部產(chǎn)生的，因此男性和嚙齒類動物睪丸中的睪酮水平比血清中的睪酮水平高25-125倍。雖然睪丸內(nèi)高水平的睪酮可能需要在數(shù)量上維持最大的生精潛能，但在質(zhì)量上，正常的生精功能只需較低的睪丸內(nèi)濃度即可維持，而且睪丸內(nèi)的生物可利用睪酮大大超過了通過雄激素受體(AR)與基因啟動子結(jié)合調(diào)節(jié)基因表達(dá)所需的1nM。除了以Sertoli細(xì)胞為中心的睪酮和AR作用的經(jīng)典模型外，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，睪酮在其他細(xì)胞類型(包括管周肌細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞)中的作用也會影響曲細(xì)精管中發(fā)生的過程。然而，由于年齡、肥胖或睡眠紊亂等混雜因素，臨床數(shù)據(jù)仍不清楚間歇性缺氧本身會如何影響OSA患者的睪酮水平。與明確顯示睡眠不足的雄性大鼠體內(nèi)睪酮濃度下降的數(shù)據(jù)相反，動物研究中關(guān)于缺氧(持續(xù)或間歇)對性激素影響的證據(jù)并不確鑿，因?yàn)橛袌?bào)道稱缺氧后血清睪酮濃度會增加、減少或沒有變化。因此，關(guān)于睪酮對間歇性缺氧男性生育能力的具體作用缺乏數(shù)據(jù)，這也是本研究的局限性，值得進(jìn)一步研究。

雖然有報(bào)道稱OSA會引起男性性功能的改變，包括動物和患者的性欲減退和勃起功能障礙，并可能受睪酮變化的影響，但目前還沒有關(guān)于生育能力的數(shù)據(jù)。除了反復(fù)發(fā)生低氧-復(fù)氧事件外，患有OSA的男性患者還面臨著其他可能對精子質(zhì)量和生育能力產(chǎn)生負(fù)面影響的挑戰(zhàn)。其中一個潛在挑戰(zhàn)與OSA的夜間事件直接相關(guān)：伴隨大多數(shù)上氣道阻塞事件的微哮鳴音導(dǎo)致睡眠結(jié)構(gòu)紊亂。然而，目前有關(guān)睡眠改變對男性生育能力影響的信息還很少。雖然在小鼠中實(shí)施長期睡眠限制后未發(fā)現(xiàn)精子參數(shù)有明顯改變，但最近的一項(xiàng)研究表明，在普通人群中，年輕男性自我報(bào)告的睡眠障礙與精子質(zhì)量差之間存在關(guān)聯(lián)。然而，可能影響OSA患者男性生育能力的最重要的伴隨因素之一是肥胖，因?yàn)檫@兩種疾病經(jīng)常相互關(guān)聯(lián)。據(jù)報(bào)道，肥胖本身就是一個會輕微但顯著降低其他健康男性生育能力的因素。身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)增加對男性生育能力的這種影響有幾個潛在的原因。首先，肥胖男性的生殖激素譜異常，可能會影響精子生成。其次，睪丸熱應(yīng)激可能在與肥胖相關(guān)的精子發(fā)生障礙中發(fā)揮作用，因?yàn)榫米鴷黾幼说挠绊懀约安G丸周圍區(qū)域的脂肪堆積。鑒于肥胖會誘發(fā)全身氧化應(yīng)激增加，體重指數(shù)增加可能損害男性生育能力的第三個機(jī)制是氧化應(yīng)激引發(fā)的精子損傷。事實(shí)上，體重指數(shù)的增加與精子DNA損傷的適度增加有關(guān)。有趣的是，過高的體重指數(shù)和間歇性低氧血癥單獨(dú)誘發(fā)的氧化應(yīng)激可能會對大部分患有OSA的男性的生育能力產(chǎn)生協(xié)同破壞作用。

總結(jié)

總之，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究證明了高頻間歇性缺氧對精子功能的負(fù)面影響。要證實(shí)患有OSA的男性患者是否會導(dǎo)致生育能力下降，還需要在動物模型和患者身上進(jìn)行后續(xù)研究。一方面，動物研究將有助于明確缺氧的劑量反應(yīng)效應(yīng)，或評估抗氧化藥物治療是否能減少間歇性缺氧對生殖健康的有害作用。此外，將間歇性缺氧與OSA其他典型合并癥的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合的動物研究(如應(yīng)用實(shí)驗(yàn)性睡眠片段，以及使用肥胖、糖尿病或高血壓小鼠)可能有助于探索潛在的協(xié)同效應(yīng)。另一方面，對患者的研究應(yīng)能揭示OSA與男性生育能力改變之間的潛在聯(lián)系。具體來說，要確定OSA患者通過常規(guī)精液圖評估的精子質(zhì)量是否會下降，如果是這樣，夜間氧飽和度的常規(guī)指數(shù)(經(jīng)肥胖或睡眠干擾指數(shù)等其他混雜因素校正后)是否起主要作用，并探討持續(xù)氣道正壓治療是否會改善生育能力。最后，值得注意的是，由于男性年齡與OSA患病率之間的重疊時間不斷增加，預(yù)計(jì)可能受到與睡眠呼吸障礙有關(guān)的生育問題影響的患者人數(shù)將會增加。事實(shí)上，由于肥胖癥的流行，OSA在年輕患者中的發(fā)病率將更高，而男性的年齡則有持續(xù)推遲的趨勢。具體來說，目前在不同的普通人群中，與男性生育更相關(guān)的年齡段中度到重度睡眠呼吸障礙的流行率估計(jì)從10%(30-49歲)到16%(30-39歲)和35%(40-49歲)不等。