人类精液质量变化的趋势

国外医学生育/生殖健康分册 2006年 25卷第 1期 人类精液质量变化的趋势 中国医学科学院中国协和医科大学(100081)任彤彤 张树成综述 王介东*审校 摘 要 关于男性精液质量的变化趋势学术界一直存在争论,到目前为止还未得到学者的一致认可,精液质量的 变化影响到国家人口素质的提高、男性的生殖健康和种族的延续。回顾世界范围内精液质量方面主要的研究报道, 相当一部分认为精液质量存在下降趋势,但仍然有很多学者得出没有下降的结论。通过综合比较分析文献,认为精 液质量的变化趋势以及原因还需要进一步深入研究探讨,并提出一些今后研究工作发展方向的看法。 关键词 精液质量 精子密度 回顾性分析 变化趋势 精子作为男性配子,是父代遗传信息的载体,精 液质量是评价男性生殖功能的经典指标。精液质量 变化趋势的初期研究从20世纪70年代开始,认为 存在下降趋势,但研究者是从高度选择人群或者由 于不育症而寻求治疗的人中得出如此结论的,这些 结果被认为存在选择偏倚或是由于不育治疗引起的 变化,并不是真实的生物学现象,所以没有引起足够 的重视。直到 1992年丹麦学者 Carlsen等用荟萃 (Meta)分析法研究了1938—1990年世界各地发表 的有关男子精液质量分析的61篇文献,共计14947例 男性,排除了不育夫妇和计数方法不同的样本,按照 文献出版时间的顺序,指出50年来全球性的精子计 数正在下降,平均每次射精液量由1940年的3.4mL 下降到 1990年的 2.7mL,精子密度由 1940年的 113×106/mL下降到 1990年的 66×106/mL,半个世 纪下降了近50%,这一趋势与同期男性生殖道先天 畸形发病率、睾丸癌登记率的逐年上升趋势一致,因 而引起学术界和公众的广泛关注[1]。考虑到该方法 可能存在原始论文研究目的不同、人群的选择性偏 倚、精液分析数据的自然变异、年龄、禁欲时间及地 区差异等混杂因素、统计学方法的可比性较差等,所 以在Carlsen之后,许多生殖流行病专家对以往的数 据进行了类似的回顾性研究。 世界范围内精液质量变化趋势 一、支持Carlsen结论的研究 1973年 Auger创立的精子卵子储存和研究中 心(CECOS)对过去 20年 1351例居住在巴黎的具 有正常生育力的男性进行了分析。研究人群的抽样 方法和样本检测以及统计学方法保持一致。研究发 现精子密度由1973年的89×106/mL下降到1992年 的60×106/mL,同时人群精子活动率和正常精子百 分率在此期间都发生了显著下降。1997年Swan重 新评估Carlsen的研究结果,对Carlsen研究过的数 据用线性和二次方模型重新分析得出,在美国和欧 洲样本精液密度下降比 Carlsen分析得出的结果更 快,而其他地区由于数据的来源时间比较新而且较少, 评价精液质量的变化情况的数据还不充分。2年后 Swan重新分析了Carlsen的精子计数方法和研究方 法,认为目前精子计数方法和从前的方法没有改变, 不影响以往结论的可靠性,从方法学上再次支持了 Carlsen的结论。Swan等[2]通过排除 Carlsen研究过 不适合的文献7篇,从Medline搜索 1990—1996年 的19篇文献,也包括1930—1990年出版的符合研 究条件的 28篇,共计 101篇相关文献,考虑了抽样 人群的纳入和排除,比较了样本收集和精子计数 的方法,详细回顾了实际收集精液的时间,控制了年 龄和禁欲时间的影响,并采取与Carlsen相同的分析 策略得出:北美和欧洲精子密度下降趋势与以往的报 道是一样的,而其他地区依然没有明显的下降趋势, 这些研究结果至少可以说明在1938—1990年分析的 精液质量下降趋势也可在1934—1996年看到,但存 在地区性变异。 也有许多研究得出精液质量存在一个长期下降 的趋势。①欧洲方面:由于睾丸癌在挪威和丹麦的发 生率是爱沙尼亚和芬兰的 3倍,Jorgensen等[3]调查 了这些国家968例普通男性,发现精液质量与该地 区睾丸癌的发生呈现北欧-波罗的海地区逐渐变化 的趋势。Vicari等[4]调查了1982—1999年意大利东 *国家人口计生委科研所 收稿日期:2005-01-20 修回日期:2005-05-08 综 述 男性生殖调节与生殖健康 3· · 国外医学计划生育/生殖健康分册 2006年 25卷第 1期 南部地区有生育力男性、精子提供者的精子密度和 精子形态学,发现在此期间都有明显的下降,证明在 欧洲地区精液质量确实存在下降趋势,但怀疑与当 地一种薰剂和杀虫剂的使用有关。Jensen等[5]调查了 丹麦15～19岁的妇女妊娠情况,发现在妊娠率下降 的同时妇女流产率却在上升,同期调查发现19岁丹 麦男性的精子计数超过 30%在生育力低下范围之 内,研究者认为妇女生育率的下降与男性精子计数 的下降有关,并建议生育率下降有关国家重视年轻 男性的生殖健康。Jensen等[6]1996—1999年分析了 欧洲5个城市由于服兵役而进行体检的1770例男 性的精液样本,并调查其母亲,发现如果母亲在妊娠 期间有吸烟习惯,男性后代精液质量将会明显下降。 关于环境对生殖能力影响的研究,Maconochie等[7]通 过纯问卷调查英国 10465例参加海湾战争的退伍 男性,7376例后勤服务人员作为对照,比较两组之 间生育率、配偶妊娠时间(TTP)的差异发现,参加海 湾战争作战与不育率的增加之间有相关性;即使能 够使配偶妊娠,其配偶妊娠时间也比正常人群长,这 可能与暴露于海湾战争中的毒害物质有关。②美国 方面:Younglai等通过对 48968例加拿大男性回顾 性的横断面研究发现,在1984—1996年精液质量呈明 显下降趋势。Swan等[8]通过严格的质量控制和统一 的方法比较了 1999—2001年 4个美国城市 512例 妊娠妇女丈夫的精液质量,91%男性提供了两次精 液样本,认为精子密度和活动度可能在半农业和农业 地区要低于在城市和非农业暴露地区。③亚洲地区也 有相同的报道:Almagor等[9]调查了1990—1999年居 住在以色列耶路撒冷的经过宫内精子注射(IUI)治疗 的男性,研究者做了横断面2638例和纵向417例 的分析,认为过去10年耶路撒冷地区与不育治疗和 IUI有关的男性精液质量明显下降。 二、反对Carlsen结论的研究 尽管有大量文献为精液质量下降提供了证据, 但世界范围内同样有许多文献对精液质量并无下降 提供了有力的依据。①欧洲研究进展:Andolz等[10]对 其东北部1960—1996年22759例不育男性精液质 量的研究显示,调整了年龄与禁欲时间后,36年间精 液量略有下降,正常形态精子率下降明显,活动精子 数反而有所升高,精子密度变化不显著。Rasmussen等 对 1990—1996年进行体外受精、出生于 1950— 1970年的1055例丹麦男子的精液进行了回顾性分 析,发现在过去20～30年丹麦男性的精液质量没有 变化。芬兰的显示 20世纪 90年代初收集的 238例生育力未知的正常健康男子的精液量、精子 密度、总精子计数等数据和20世纪40年代的结果 相似,在过去28年内除精液量有下降以外,精子密 度和精子数并无改变[11]。虽然Carlsen曾经得出精液 质量在过去50年存在明显下降,但最近Carlsen和 Swan通过 4年的追踪调查 158例丹麦年轻男性 1838份精液样本,分析结果发现精子密度、精液量、 正常形态精子比例并无下降的趋势,与自己曾经研究 的结果相矛盾 [12]。②美国方面证据:有学者回顾 1938—1996年的29篇美国文献,共计9612例有生育 力或可能有生育力男性,均未发现精子计数有长期下 降的趋势。Paulsen等对美国西雅图地区 1972— 1993年共 510例健康的年轻男性精液质量进行的 分析表明,过去的 21年间男性精液质量没有下降 趋势。同时 Fisch也对 Carlsen61篇资料进行再分 析、以及对美国 1970—1994年做输精管结扎的 1 283例男子的精液的分析,认为并不存在精液质量 的长期下降趋势,并且在1997年发表的文献中甚至 得出精子计数每年有增加的趋势。澳大利亚的一项 研究数据表明,1983—2001年悉尼提供精子的 18～ 40岁男性,没有考虑志愿者婚姻状况和生育状况, 研究者发现其精液质量并没有下降[13]。③亚洲的部 分数据也认为精液质量并没有存在下降的趋势: Itoh等[14]分别研究了 1975—1980年和 1998年居住 在日本札幌的健康志愿者,发现近20年精子密度无 下降,并且年龄与精子密度无相关性。印度一项1 176例的研究也表明在研究的11年期间,精子密度 无显著下降[15]。Seo等收集韩国某一实验室 1989— 1998年年龄在 21～40岁 22249例不育男性精液资 料,分析显示在此期间不育患者的精子密度、精液量 与活动力均未有明显改变[16]。 三、精液质量变化趋势研究得出的主要结论 ①世界范围内总的精液质量的变化趋势没有明 确的结论,但部分地区的下降趋势已被许多学者接 受,精子质量存在地域性和种族间的差异,环境因素 如战争中有毒物质、杀虫剂等化学物质的暴露可影 响精液质量[17],体质量指数(BMI)和营养状况对精 液质量的影响也是不可忽视的,另外吸烟、饮酒、久 坐工作等生活方式也可对男性生殖健康造成损害。 ②精液质量的研究数据最早返回到 20世纪 70年 代早期,观察到的下降现象在最早的数据中明显,但 确定是从哪年精液质量开始下降是不可能的。③年 轻一代的精液质量往往低于年龄更大的人群,可能 与目前生态环境的恶化相关,在以人为本的今天,需 4· · 国外医学计划生育/生殖健康分册 2006年 25卷第 1期 要全社会对青少年生殖健康的关注。④绝大部分研 究是回顾性的,存在各种偏倚和混杂因素,甚至对相 同资料的研究却得到相反的结论。 男性生殖健康研究存在的问及发展方向 评价精液质量下降的最终指标是妊娠几率的下 降[18],在许多国家不育人群的增加究竟是由精液质 量下降引起的,还是由于人类社会生殖观念的改变、 辅助生育技术的发展引起的?还没有明确的证据,而 且精液质量下降的结果可能被人群健康状况的好转 例如性传播疾病的降低而临时抵消。所有这些可能 性都显示精液质量的变化趋势是难以确定的,即使 有下降的变化,但没有让人信服的证据,争论还将继 续下去。 目前人类精液质量的研究存在很多问题:①人 群的参与率太低和选择性偏倚不易控制。由于宗教 伦理、传统观念的影响,理想研究人群(有生育力的 健康人群)的精液样本难以获得,已发表文献中精液 质量研究的样本多来自供精者、职业人群、不育患者 以及进行某种治疗的特殊人群,存在选择性偏倚,研 究结论推及一般人群的可靠性需要验证。②精液参 数的检测方法不尽相同,尽管WHO已经出版了精 液及精子实验室检验手册,但各实验室条件不一,专 业人员素质高低不一,所以对相关人员进行统一培 训是必要的。③研究对象的年龄、出生日期、样本采 集的时间以及禁欲时间都对精液参数指标有不可忽 视的影响,而这些混杂因素在以往的研究中难以克 服,是当前生殖流行病学家共同关注的话题。④人群 的种族差异和地域性差异已经得到了许多专家的认 可,也会影响结果的准确性,应该对各种族和地区男 性精液质量和环境生活习惯等进行相关评价。⑤精 子密度本身可能并不是评价人类生育和睾丸功能的 最好指标,应确立一个客观有效的综合评价指标;精 子质量的变化可能不是完美的线性和持续性的,用 单一直线回归模型处理数据可能不合适。⑥关于精 液质量变化趋势的研究几乎都是回顾性的,然而前 瞻性的研究也同样存在不足之处,可能造成参与偏 倚,而且要持续几十年,需要提供一个全国范围内的 统计数据,供以后研究。 近年流行病学调查与动物实验已经证明,环境 生殖毒物能引起人和动物的生殖功能障碍及不育、 青春期提前、性行为异常、免疫功能受损及子代生殖 发育障碍等一系列健康损害效应,因此对于环境生 殖毒物及内分泌干扰的健康效应研究已成为生物医 学领域的一大热点,由于环境中的生殖毒物数量众 多,目前已造成的健康损害是冰山之一角,更多更大 的健康损害需要去研究与预防,而且许多普遍被大 家认为是有益的事实很有可能却是人类精子的杀 手,最近的一项研究提示:补充碘可能是男性精液质 量下降的原因之一[19]。在发达国家,男性生殖功能方 面的大部分研究致力于精液质量的下降和环境污染 物对生殖健康的危害,其中环境内分泌干扰物 (EDCs)、持久性有机污染物(POPs)在环境中大量存 在并可以产生体内蓄积作用,具有致畸、致癌、致突变 和内分泌干扰作用,已引起普遍重视。《关于持久性有 机污染物的斯德哥尔摩公约》已于2004年11月10日 在中国正式生效,并且已经有专家开始研究环境污 染物对男性生殖功能的影响。随着人类对自身健康 的关注,要大力发展男性生殖基础和流行病学方面的 研究,建立长期动态的精子质量监测网点、建立主要 民族和地区的精液质量数据库、关注环境因素及生 活方式对男性生殖功能的影响、检测环境有害物质 的生殖发育毒性、评价男性不育的病因学等是当务 之急,为男性生殖功能的进一步研究奠定基础。 参 考 文 献 1 CarlsenE,GiwercmanA,KeidingN,etal.Evidencefordecreasing qualityofsemenduringpast50years.BMJ,1992,305(6854):609- 613 2 SwanSH,ElkinEP,FensterL.Thequestionofdecliningsperm densityrevisited:Ananalysisof101studiespublished1934～1996. EnvironHealthPerspect,2000,108(10):961-966 3 JorgensenN,CarlsenE,NermoenI,etal.East-Westgradientin semenqualityintheNordic-Balticarea:astudyofmenfromthe generalpopulationinDenmark,Norway,EstoniaandFinland.Hum Reprod,2002,17(8):2199-2208 4 VicariE,ConticelloA,BattiatoC,etal.Spermcharacteristicsin fertilemenandhealthymenofthesouth-eastsicilyfromyear1982 to1999.ArchItalUrolAndrol,2003,75(1):28-34 5 JensenTK,JorgensenN,PunabM,etal.Associationofinutero exposuretomaternalsmokingwithreducedsemenqualityandtestis sizeinadulthood:across-sectionalstudyof1,770youngmenfrom thegeneralpopulationinfiveEuropeancountries.AmJEpidemiol, 2004,159(1):49-58 6 JensenTK,CarlsenE,JorgensenN,etal.Poorsemenqualitymay contributetorecentdeclineinfertilityrates.HumReprod,2002,17 (6):1437-1440 7 MaconochieN,DoyleP,CarsonC.InfertilityamongmaleUK veteransofthe1990-1Gulfwar:reproductivecohortstudy.BMJ, 2004,329(7459):196-201 8 SwanSH,BrazilC,DrobnisEZ,etal.Geographicdifferencesin semenqualityoffertileU.S.males.EnvironHealthPerspect,2003, 111(4):414-420 9 AlmagorM,IvnitzkiI,YaffeH,etal.Changesinsemenqualityin Jerusalem between 1990 and 2000:acrosssectionaland longitudinalstudy.ArchAndrol,2003,49(2):139-144 10 AndolzP,BielsaMA,VilaJ.EvolutionofsemenqualityinNorth- easternSpain:astudyin22,759infertilemenovera36yearperiod. HumReprod,1999,14(3):731-735 11 MultignerL,OlivaA.Secularvariationsinspermquality:factor sciencefictioneCadSaudePublica,2002,18(2):403-412 12 CarlsenE,SwanSH,PetersenJH,etal.Longitudinalchangesin semenparametersinyoungdanishmenfromthecopenhagenarea. HumReprod,2005,20(4):942-949 5· · 国外医学计划生育/生殖健康分册 2006年 25卷第 1期 13 CostelloMF,SjoblomP,HaddadY,etal.Nodeclineinsemen qualityamongpotentialspermdonorsincydney,Australia,between 1983and2001.JAssistReprodGenet,2002,19(6):284-290 14 ItohN,KayamaF,TatsukiTJ,etal.Havespermcountsdeteriorated overthepast20yearsinhealthyyoungJapanesemenWResultsfrom theSapporoarea.JAndrol,2001,22(1):40-44 15 MarimuthuP,KapilashramiMC,MisroMM,etal.Evaluationof trendinsemenanalysisfor11yearsinsubjectsattendingafertility clinicinIndia.AsianJAndrol,2003,5(3):221-225 16 SeoJT,RhaKH,ParkYS,etal.Semenqualityovera10yearperiod in22,249meninKorea.IntJAndrol,2000,23(4):194-198 17 ToftG,PedersenHS,BondeJP.Semenqualityingreenland.IntJ CircumpolarHealth,2004,[63Suppl2]:174-178 18 SlamaR,Kol-JensenT,ScheikeT,etal.Howwouldadeclinein sperm concentration overtimeinfluencetheprobability of pregnancyWEpidemiology,2004,15(4):458-465 19 SakamotoKQ,IshizukaM,KazusakaA,etal.Iodineintakeasa possiblecauseofdiscontinuousdeclineinspermcounts:areevaluation ofhistoricalandgeographicvariationinsemenquality.JpnJVet Res,2004,52(2):85-94 哺乳动物精子膜与精卵融合的相关蛋白 上海第二医科大学组织胚胎学教研室(200025)郭 崴综述 丁之德审校 摘 要 哺乳动物精卵质膜融合是受精过程中的关键步骤,其过程复杂并可直接导致两性生殖细胞内含物的混 合,启动新个体的发生和发育。详细阐述精卵质膜融合过程中精子膜上相关蛋白成分,如:Izumo蛋白,ADAMs基因 家族蛋白和Crisp基因家族蛋白的作用,这对于了解受精的奥秘,提高临床上不孕不育的诊治水平、促进和干预生殖 过程,如避孕药物的研制和辅助生殖技术的开展等具有现实意义。 关键词 哺乳动物 精子膜蛋白 精卵质膜融 收稿日期:2005-05-24 修回日期:2005-08-26 哺乳动物的受精是由一系列精卵质膜的相互作 用而触发的,这些相互作用的基本过程包括:精卵识 别(recognition)、精卵结合(binding)和精卵质膜融合 (fusion)[1]。其中精卵质膜融合是受精过程最为关键 的步骤,是两性生殖细胞质膜在特定区域的相互作 用,结果使生殖细胞的内含物相互混合形成合子。另 外,精卵质膜融合又是一个高度程序化的过程,一方 面可能受到精子卵子自身因素的作用,另一方面也 可能受到受精时周围环境的影响[2]。精子发生质膜融 合的必要前提是获能、产生超激活运动并完成顶体 反应,而对于附睾中的物质准备是否是精卵质膜融 合的决定因素目前还存在着争论[3]。 精子膜的不均一性导致精子参与质膜融合区域 局限于特定的部位,对此有学者解释为相关膜蛋白 分子存在于精子的不同区域。现阶段普遍认为精子 赤道区的质膜最先与卵细胞质膜发生融合,之后是 顶体后区和尾部质膜,而顶体区则被卵细胞以吞噬 方式包入其中。相对于精子而言,卵细胞具有较为均 一的表面。除了第二次减数分裂纺锤体外的平滑区 域之外,其余均有微绒毛覆盖。实验显示,卵细胞微 绒毛包裹精子头部是精卵融合的前奏,精子也很少 与卵细胞上没有微绒毛覆盖的区域发生融合。因此, 研究者普遍认为精子膜赤道区和卵细胞表面微绒毛 区域可能都富含与融合相关的物质分子[4]。需要指 出的是,虽然异种精子与卵细胞质膜的融合能力在 哺乳动物中普遍存在,但仍有大量证据表明精卵质 膜融合存在着种属特异性。这种特异性应该由参与 结合及融合的蛋白质种属特异性决定。 寻找精卵质膜融合的相关蛋白是研究精卵融合 过程中一个极为重要的环节。最初很长的一段时间, 人们用抗精子的单克隆抗体抑制受精过程来寻找融 合相关的候选蛋白。近年来,则通过细胞生物学手段 抑制某种候选蛋白的功能,观察能否影响精卵结合 过程,尤其是精子与去透明带的卵细胞之间相互作 用,筛选出可能影响精卵结合的候选蛋白。在此基础 上进行的靶基因敲除技术又给研究者提供了新的研 究平台,能更好地说明某种候选蛋白的功能。本文将 重点阐述已经过基因敲除实验证实并作出功能性评 价的相关精子膜蛋白。 Izumo蛋白 Izumo蛋白是最近发现的与小鼠精卵质膜融合 相关的精子膜蛋白[5]。用单克隆抗体OBF13孵育小 鼠精子膜,可特异性抑制精卵质膜的融合过程。蛋白 质印迹法检测发现Izumo基因的表达产物为56.4ku 蛋白,在人精子上也有类似的37.2ku蛋白的表达。 但这些蛋白在新鲜精子上都无法测出,只出现在顶 体反应后的精子膜上。由此推测该蛋白在精子顶体 反应发生前可能隐藏于质膜下。基因敲除实验显示 Izumo-/-小鼠生长健康且无明显的发育异常,其中雌 鼠有正常的生殖能力,而雄鼠虽然不育,但也具备正 常的性行为及射精功能,交配后亦可使雌鼠产生阴 栓。不育的Izumo-/-小鼠精子在体外的精卵结合实验 表明,精子可以发生顶体反应并穿过透明带,但堆积 6· ·