氟對精子毒性作用的研究進展

牛瑞燕，孫子龍，安麗霞，張建海，王金明，王俊東

（1.山西農業大學動物科技學院，山西太谷030801；2.山西農業大學信息學院，山西太谷030801）

近年來，有關氟的大量研究表明，氟對人類和畜禽等動物生殖系統及其功能產生較強的毒副作用[1]。氟可引起雄性動物睪丸和附睪在組織形態甚至細胞上發生明顯的改變，主要表現為精子數量減少、活性下降、畸形率上升、生育力下降等[2-3]。由于精子是精子發生的最后環節，成熟的精子起著貯藏由基因和環境因素共同決定的遺傳信息的作用，直接影響到下一代的健康，而各種生殖毒性因素最終也會影響精子的正常功能，所以本文將精子從生殖系統中單獨分離出來，著重介紹氟對精子的毒性作用。

1 氟對動物精子的毒性作用

Chinoy等[4]對小鼠管飼含10～20mg/（kg·d）的氟化鈉30 d，發現小鼠的生育力下降，且附睪尾精子缺乏活力，精子密度、活率下降，同時出現大量畸形精子。精子的頂體功能受損，頂體素和透明質酸酶含量下降，活性降低，停止染毒30 d也沒能使小鼠的生殖能力恢復。Elbetieha等[5]報道小鼠飲用含有100，200，300 mg/L氟化鈉的水，10周后生育力明顯下降，而4周時無影響。氟引起小鼠精子發生異常，附睪精子體外獲能的能力降低，主要是因為降低了精子頭部酪氨酸磷酸化和肌動蛋白的聚合作用，而這種聚合是精子獲能所必需的過程[6]。Sun等[7]報道，150mg/L氟化鈉通過影響Ca2+通道蛋白CatSper1mRNA的表達顯著降低了精子的超激活運動能力。

在氟作用下，由于精子計數和活力下降，大鼠的生育力明顯降低，而且線粒體活性下降，膜的磷脂發生改變，精子的電解質濃度顯著降低，附睪尾的精子懸液蛋白含量下降。此外，氟還可導致精子的頂體功能受損，頂體素和透明質酸酶含量下降，附睪尾精子計數、活力下降，生育力受到影響。進一步研究表明，氟還會引起氧化應激，睪丸、附睪、精子中的共軛二烯烴含量增加，精子中過氧化物酶、過氧化氫酶活性明顯下降[3，8]。Kumar等[9]按體重10mg/kg的氟化鈉處理雄性家兔18個月，發現家兔的精細胞和附睪精子鞭毛、頂體、細胞核有大量缺損，包括外微管缺失、鞭毛軸絲完全缺失，纖維鞘破裂，鞭毛中段線粒體結構缺損，同時觀察到頂體從細胞核的扁平表面分離和脫離。

2 氟對人類精子的毒性作用

Freni[10]在一項生態學研究中提出，在一些地區總生育力和氟含量呈負相關性。調查顯示，高氟地區男性不育癥患者的精液含氟量、精子自斃率、男性不育總率及原發性男性不育率均顯著高于非高氟區，精子密度則明顯降低。Zahrorohkor等[11]也發現，工業性氟病工人精子數量減少，精子活動力較同齡組健康人低。且氟中毒晚期臨床病例報道，在21名男性病人中，有11人有陽痿癥狀。印度學者對水氟為2.0～19.0mg/L地區的20～42周歲不育癥男子的精子進行光鏡及電鏡觀察，結果發現，與對照組相比，高氟區男子的異常精子百分數顯著增加，在精子的頭部、中段、尾部均可見結構方面的異常，即頂體發育不全、線粒體腫脹、嵴液消失等[12]。

Chinoy和Narayana[13]在體外研究了氟化鈉對人精子的毒性作用，發現孵育20min后由于氟化物的積聚逐漸增加，導致精子膜損傷，溶酶體活性降低，精子頭部拉長，頂體缺失，尾部成圈狀，谷胱甘肽含量呈時間依賴性降低。這些變化表明，氟化鈉可通過血睪屏障干擾精子正常的發育過程。

3 氟對精子的毒性機理

3.1 氟引起代謝障礙

氟是一種酶的抑制劑，尤其是對以二價金屬陽離子（Mg2+，Mn2+，Zn2+等）為輔基的酶類（如AKP，ATPase，DNA，RNA聚合酶，烯醇酶，脫氫酶）有明顯的抑制作用，這些酶類都涉及糖代謝、能量合成、鈣磷代謝、蛋白質合成等。氟通過削弱這些酶的活性，抑制糖酵解，減弱呼吸作用，降低精子活力。氟可能與相關酶形成不溶性的復合物或與氫鍵形成的氨基化合物取代催化基團的-N-H·O氫鍵而破壞酶的活性中心來起作用[14]。

Chinoy等[15]研究表明，染氟家兔精子的三磷酸腺苷酶（ATPase）、琥珀酸脫氫酶（SDH）和酸性磷酸酶（ACP）的活性下降。ATPase，SDH，ACP均是能量代謝的重要酶系，它們對精子的能量釋放反應及氧化代謝方面均有著重要作用。

3.2 氟誘導生殖細胞染色體畸變和基因突變

氟對小鼠生殖細胞具有遺傳毒作用，使睪丸初級精母細胞染色體的畸變增加，精子的畸形率增加。其機制可能是氟作用于精子形成的某一過程中，遺傳物質的分子結構發生改變，或是作用于成熟的精子，使其物理性狀發生改變所致[16]。

雖然具體機理目前尚不肯定，但有如下推測：（1）氟可能以間接的方式，在高劑量時通過擾亂酶系統，從而對染色體產生損傷；（2）氟化物作為一種外源性誘導物，引起復制DNA的斷裂，遺傳信息和結構錯誤；（3）氟與尿嘧啶及酰胺有很強的親和力，強的NH···F···引起A-T堿基對之間氫鍵斷裂，造成DNA，RNA結構改變，干擾它們的合成，增加DNA復制過程中堿基配對的錯誤頻率；（4）通過抑制DNA修復過程實現[17]。

3.3 氟誘導氧化應激損傷

氟在機體代謝過程中可誘導活性氧自由基的生成，自由基攻擊不飽和脂肪酸共價鍵處，造成脂質過氧化。有關氧化應激的損傷機理已經在氟對動物軟組織（如肝、腎、腦和睪丸）的研究中得到證實[18]。一般認為，氟通過促進自由基產生，抑制抗氧化酶類活性，導致脂質過氧化作用增強是氟中毒引起機體損害的主要機理。有研究表明，高濃度的活性氧可導致精子ATP耗盡、活力喪失、脂質過氧化，從而降低精子受精能力。Izquierdo-Vega等[19]給大鼠口服5mg/（kg·d）氟，持續8周，結果精子的SOD活性降低了33%，超氧自由基O升高了近40%，線粒體跨膜電位降低33%，過氧化物反應產物丙二醛含量升高50%，與對照組相比，精子的體外受精能力分別為13%和71%。試驗證實，由于氟致精子氧化應激損傷和線粒體跨膜電位丟失，最終導致大鼠體外受精能力下降。

除了以上原因，氟還可以直接破壞各級生精細胞、支持細胞、睪丸間質細胞及精子的結構，而且正常的附睪結構及穩定的微環境對精子的成熟及運動狀況都是非常重要的，當附睪內環境發生逆改變時，將會導致精子的運動能力減弱及代謝改變。

4 小結

氟能使生殖器官的結構、超微結構及代謝等均受到損傷，致使生精功能、精子生存的內環境等發生改變，生殖內分泌功能紊亂，性激素、相關酶類等活性改變，或作用于細胞染色體而使生殖細胞畸變。上述諸因素均能使生育力下降，最終導致不育。但氟對雄性精子的損害是多途徑的、復雜的過程，具體的機制還有待進一步研究探討。有學者從脂質過氧化的角度出發，研究了Vc和維生素E等抗氧化劑和鋅、硒等抗氧化酶類輔基對抗氟損害的效果，并取得了一定的成效。此外，還有報道表明，高營養對氟中毒有緩解作用[20]，至于能否減輕精子毒性還有待研究。

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