【医学研究】肠道菌群紊乱与男性不育：一个易被忽视的重要病因

不孕不育是全球性问题，高收入国家中有10%~15%的育龄夫妇受此影响。近一半不孕不育归因于男性。其中，40%~50%的男性不育症病因不明，被称之为特发性男性不育症。据报道，1973至2011年间，西方国家男性精子密度下降了约50%。显而易见，群体精液质量下降的原因不可能是遗传，而更可能是由于环境因素的改变所致。近期研究表明，肠道微生物紊乱可直接引起男性不育。或许这是过去临床上苦苦追寻其病因而不得，被无奈地称之为特发性男性不育症的重要原因之一。本文将简述肠道菌群失调直接影响精子生成的内在机制。

一、正常成年男性

肠道菌群概述

正常成人胃肠道中微生物数量约为10¹⁴个，包括500余种细菌，他们主要属于4个门类，包括厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和放线菌门。成年人肠道中的细菌种类组成和丰度，存在男女性别差异，表明性激素与肠道细菌之间可能有关联。研究发现肠道菌群在不同性别中的分化始于青春期，将成年雄鼠肠道菌群移植至未性成熟雌鼠体内，后者体内菌群构成改变，导致睾酮升高、胰岛炎症和胰岛自身抗体的产生减少，因此菌群可以改变性激素水平并调节1型糖尿病发生率。成年期菌群关键菌落永久稳定定植，菌群丰度和多样性达峰，主要表达与炎症和肥胖相关的基因。所以，肠道菌群的稳定对正常生命活动必不可少，起着调节物质代谢、免疫和消化道屏障的作用。

二、精子生成的调节机制

1．生精上皮的变化：

精原细胞穿过相邻Sertoli细胞间的紧密连接（血-睾屏障部分），减数分裂成为精母细胞，经过结构分化从生精上皮中释放成为精子，同时Sertoli细胞内炎性基因表达上调，紧密连接重组使精子易于进入管腔。

2．激素水平调控Sertoli细胞功能：

卵泡刺激素（follicle-stimulating hormone，FSH）和睾酮是精子发生的必须。FSH刺激Sertoli细胞产生乳酸、干细胞因子等。一旦睾酮信号被中断，血-睾屏障的完整性受到破坏，会导致Sertoli细胞与发育中的生精细胞过早分离，并阻断成熟精子，造成不育。

三、肠道菌群紊乱

直接损害精子生成的潜在机制

肠道菌群失衡会引起与精子生成有关的基因表达下调。失调的肠道菌群还是循环中内毒素的重要来源，继而产生内毒素血症、附睾炎症反应。以上因素的共同作用为导致男性不育的内在机制。将正常饮食的小鼠分为两组，分别摄入高脂饮食和正常饮食小鼠的粪菌，随后监测肠道定植菌群发现，前者较后者的拟杆菌门和疣微菌门丰度降低，厚壁菌门和变形菌门丰度升高。两组在饮食、血脂谱、体重、血糖、循环瘦素水平上虽无明显差异，但前者精子生成率及精子活力均较后者显著下降，同时伴有生精小管内生精细胞数量的明显减少。表明肠道菌群失调可在不通过或尚未引起临床代谢紊乱的情况下，就可直接导致不育。

（一）内毒素诱发炎症反应

内毒素（lipopolysaccharide）是革兰阴性菌（G^-菌）细胞壁脂多糖成分。死亡肠道菌群自溶后释放内毒素入血，可引起内毒素血症。拟杆菌门中普雷沃菌属丰度增高与循环内毒素增加呈正相关。已充分证实内毒素血症与精子活力下降、生精障碍存在因果关系。

1．内毒素介导促炎因子的表达：

人类精子、Sertoli细胞均表达Toll样受体4（Toll-like receptor-4，TLR-4），内毒素作为TLR-4的配体，激活TLR-4-髓样分化因子（myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88）依赖的通路。MyD88依赖通路被激活，还会诱导干扰素调节因子3、丝裂原活化蛋白激酶、Jun N末端激酶、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和1型干扰素等的释放。这些转录因子相互作用，激活介导多种促炎因子的表达，激活的炎症因子包括核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）、白细胞介素（IL）1β、IL-6、肿瘤坏死因子α（tumour necrosis factor α，TNF-α），可引起血管内皮损伤，破坏血-睾屏障，精子发生及活力受损。联合TNF-α抑制剂泊马度胺注射小鼠，可完全阻断附睾炎及生精障碍，但对睾酮生成的调节作用却并不显著。

2．内毒素介导iNOS异常增加：

肠平滑肌和肠毛细血管内皮细胞表达iNOS，是一氧化氮（NO）生物合成的限速酶。在内毒素刺激下，微生物可以驱动病原菌或NF-κB与iNOS启动子结合，从而上调iNOS的转录。iNOS异常增加将影响血-睾屏障细胞间的紧密连接，受精过程之中的精-卵结合，生殖细胞凋亡和精子数量。较高水平的NO会抑制精子线粒体的呼吸作用，同时导致线粒体超极化，细胞色素C释放，精细胞死亡。同时增强氧化应激水平，产生大量化学毒性物质，其经代谢活化后的产物与精子DNA共价结合形成加合物，破坏DNA完整性，使精细胞膜脂质过氧化，降低精子运动能力。一方面，此为抗氧化剂治疗某些男性不育症奠定了理论基础；另一方面，维生素E或可成为男性不育治疗方向之一。

3．内毒素下调β-防御素的表达与功能：

β-防御素由各种上皮细胞合成，是宿主上皮表面防御感染的第一道防线。附睾特异的防御素Bin1b可与精子头部结合，提高精子活力。内毒素可导致Bin1b表达及其与精子的结合下降，继而损害精子的成熟和运动。

（二）睾丸内相关基因表达下调

肠道菌群失调所致以下基因的表达异常，将进一步损害生精功能。其持续抑制睾酮合成所必须的17α-羟化酶（P450c17）、胆固醇侧链裂解酶（P450scc）、类固醇激素合成急性调节蛋白（StAR）基因的转录，从而抑制90%睾酮的生成。染色体结构维持蛋白（SMC）系列基因（编码黏连蛋白、凝缩蛋白和SMC5/6复合蛋白）和Sycp基因（编码联会复合体）的表达显著降低。这两个基因家族在姐妹染色单体联会或分离、染色体凝集、DNA双链断裂的修复以及同源染色体连锁方面发挥着关键作用，其表达下降将导致精子生成减少。Ggnbp2基因编码一种在精母细胞减数分裂DNA双链断裂修复中必不可少的蛋白质，当肠道菌群失调时，Ggnbp2基因表达降低，同样抑制生精。编码线粒体膜上呼吸链核心亚基的基因MT-ND1、MT-ND2、MT-ND4、MT-ND5和编码还原性辅酶Ⅰ的MT-ND4L基因的表达下降，从而提高了精子线粒体膜电位，降低精子活力。同时，Crisp2基因对精子获能和精子运动过程中Ca²⁺流的调节至关重要，它的表达减少将降低精子动力。

四、小结与展望

肠道菌群紊乱与精子生成之间存在密切的关系，且其相关性独立于肥胖、糖尿病等代谢疾病，其中炎症反应对精子生成有重大影响，内毒素血症和相关基因表达异常也影响精子生成和质量。肠道微生物与精子生成的关系需要进一步探究，尤其是特定微生物及其代谢产物在精子生成中的作用。本文为男性不育尤其是此前病因不明的特发性男性不育症的预防和治疗策略提供了崭新的理论基础，并为其靶向精准治疗提出了全新的思路。

来源：中华医学杂志, 2020,100(26) : 2006-2008.