輔助生殖技術中鋅抑制精子氧化損傷作用*

陳蘆地 吳金香** 王正堯 謝遠志

1. 福建醫科大學附屬第二醫院檢驗科（泉州 362000）

2. 福建醫科大學附屬第二醫院生殖男科

輔助生殖技術中鋅抑制精子氧化損傷作用*

陳蘆地1吳金香1**王正堯1謝遠志2

1. 福建醫科大學附屬第二醫院檢驗科（泉州 362000）

2. 福建醫科大學附屬第二醫院生殖男科

目的 探討輔助生殖技術中鋅對精子損傷的保護作用。方法 以輔助生殖技術中常用的密度梯度離心法優選后的精子為研究對象，以過氧化氫為損傷刺激物，應用國聯精子檢測系統、光學顯微鏡以及精子DNA碎片分析試劑盒的方法比較精子的活力與存活率，精子質膜完整性以及精子DNA碎片形成，從而分析鋅抑制過氧化氫對精子的損傷作用。結果 過氧化氫刺激后精子的活動力與存活率差，精子質膜完整性破壞，大量精子DNA損傷，而鋅能明顯保護精子的損傷作用。結論 精子損傷與氧化刺激密切相關，在輔助生殖技術中鋅可抑制精子的損傷作用。

精子； 活性氧； 生殖技術, 輔助； 鋅

活性氧（reactive oxygen species，ROS）是細胞正常代謝產生的有毒物質，ROS增加影響精子質量以及精子DNA完整性，從而導致不孕，反復流產，胎兒畸形等［1,2］。輔助生育技術（assisted reproductive technology，ART）中精子體外優選處理、冷凍及復蘇過程中導致的精子氧化損傷影響著精液常規的各項指標［3］。鋅是男性體內精子生長發育過程中不可缺少的微量元素。大量研究表明［4-6］，體內鋅具有抗氧化作用，然而ART中鋅能否保護精子受氧化刺激的損傷作用，目前尚無研究，本研究在優選后的精子中加入適量的鋅，通過比較精子的活動力與存活率以及精子低滲腫脹實驗和精子DNA碎片檢測判斷鋅能否抑制過氧化氫的氧化損傷作用，旨在判斷ART中鋅能否抑制精子受氧化刺激的損傷作用。

材料和方法

一、材料

10例正常健康男性精液樣品，取自本院有生育能力的青年自愿者，年齡25～30（26±2）歲。ZnCl2為瑞士Adamas-beta公司產品。30% H2O2由西隴化工股份有限公司提供。40%上層梯度離心液、80%下層梯度離心液和洗精液均為美國Quinn's公司產品。膨脹液購于北京雷根生物技術有限公司。精子DNA碎片檢測試劑盒購于深圳博銳德生物科技有限公司。精子質量分析系統為北京國聯醫療技術有限公司產品。 OLYMPUS. CX31型光學顯微鏡為日本OLYMPUS公司生產。

二、方法

本研究設計不同的濃度梯度的H2O2（0.1%,0.01%和0.001%）和ZnCl2（50,25,12.5,6.2 nmol L-1），應用國聯精子檢測系統檢測精子的存活率和活力來選擇最佳的干預濃度為0.001% H2O2和12.5 nmol L-1ZnCl2。10份正常精液標本，置37℃水浴箱待液化，分別用40%和80%高密度離心液制備梯度液，300×g，離心15min獲取優質精子，Quinn's洗精液300×g，離心5min洗滌優質精子2次后將精子密度至5～10×109/L，每份0.3mL平均分為3組：（1）ZnCl2+H2O2組 含12.5 nmol L-1ZnCl2及0.001%的H2O2；（2）H2O2組 含0.001% H2O2；（3）空白組 加入等體積0.9% NaCl2。3組同時置37℃，5% CO2孵箱中孵育5h和24h后分析不同實驗組之間的差異。

（一）精子活動力與存活率的分析

3組同時置37℃，5% CO2孵箱中孵育5h和24h后，用國聯精子檢測系統觀察精子運動功能的變化，從而判斷精子的活動力與存活率。

（二）精子質膜完整性的判斷

應用低滲膨脹實驗來評估精子質膜的完整性：3組實驗分別取100μL樣品置1mL膨脹液中靜置37℃，5min后，各取10μL于潔凈載玻片，并覆蓋上蓋玻片，隨機選取視野觀察（×400倍），計數200個精子，按以下公式計算出質膜完整精子百分率：

（三）精子DNA碎片的檢測

本實驗采用精子染色質擴散法進行檢測：3組實驗分別取60μL參照精子DNA檢測試劑盒說明書進行操作。DNA完整的精子在經過變性和去掉核蛋白后DNA擴散形成特征性的光暈，而存在DNA碎片的精子不會產生這種特征性的光暈。根據光暈的有無和大小判斷精子DNA的完整程度。精子DNA碎片判斷標準：精子頭部僅產生較小的光暈或無光暈，單側光暈的厚度不超過精子頭部最小直徑的1/3，（如圖1）。隨機選取視野觀察（×400倍），計數500個精子，按以下公式計算出存在DNA碎片精子百分率：

圖1 精子DNA碎片檢測示意圖SDF： 精子DNA碎片（Sperm DNA fragmentation）； SDI：精子DNA完整（Sperm DNA integrity）

（四）統計學分析

應用SPSS 20.0軟件進行統計分析，多組的均數比較采用隨機區組設計的方差分析，組間兩兩比較采用LSD法，雙側檢驗，P＜0.05認為差異有統計學意義。

結 果

一、鋅對過氧化氫影響優選后精子活力與存活率的保護作用

10例正常健康男性精液經ART中精液優化處理后在H2O2作用下精子運動能力顯著下降，明顯低于同時加入適量ZnCl2的實驗組，結果見表1。

表1 3組精子孵育5h和24h后活力與存活率的比較（n=10,s, %）

表1 3組精子孵育5h和24h后活力與存活率的比較（n=10,s, %）

與空白組比較, *為P＜0.05； 與H2O2組比較, #P＜0.05； 與5h比較, △為P＜0.05

活力 存活率5h 24h 5h 24h空白組 84.25 78.61 94.2 92.14 H2O2組 3.43* 0*△ 23.24* 0*△ZnCl2+ H2O2組 26.14*# 0.79*△# 61.32*# 6.35*△#

二、鋅對優選后精子抑制過氧化氫損傷精子質膜的作用

10例正常健康男性精液經ART中精液優化處理后H2O2具損傷精子質膜的作用，且損傷程度明顯高于同時加入適量ZnCl2的實驗組，結果見圖2。

三、鋅對優選后精子保護過氧化氫損傷精子DNA的作用

10例正常健康男性精液經ART中精液優化處理后在H2O2刺激下精子DNA完整性嚴重破壞，DNA損傷程度明顯高于同時加入適量ZnCl2的實驗組，結果見圖3。

圖2 3組精子質膜完整度比較（n=10,s, %）

圖3 3組精子DNA損傷程度比較（n=10,s, %）

討 論

鋅是人體內必需的200多金屬-酶的作用微量營養素之一，它在男性的生育能力至關重要的作用。鋅的缺乏可影響精子發生和降低血清睪酮水平［7］。有研究表明，它在正常睪丸的生長、精子發生和精子生理學中的作用。精漿中的鋅由前列腺分泌，其作為精漿中的一種微量元素，對精子的發生、成熟和獲能具有一定的作用［8］。

輔助生殖技術是治療不孕癥的主要方法。然而輔助生殖技術精子體外操作過程中密度梯度離心的精子優選方法以及凍結和復蘇等技術會導致精子的氧化損傷，影響精液參數。精漿是抗氧化劑的天然環境，精子抗氧化作用依賴于精漿中提供的天然抗氧化系統如維生素C和E，超氧化物歧化酶，谷胱甘肽等直接作用的自由基清除劑［9］。然而在輔助生殖技術操作過程中使精子失去精漿的保護作用以及抗氧化能力。在現代輔助生殖技術和不孕不育的診療過程中，如何改善不孕患者體內抗氧化應激功能以及提高男性生育能力，已經得到了相當的重視［10］。

人體在正常情況下，精子中活性氧的產生和清除存在動態平衡，不會對精子的結構和功能產生不利的影響。目前國內外大量的研究表明：精子DNA碎片化形成可能與炎癥、凋亡、氧化損傷以及環境因素等多種因素作用相關［11-13］。當男性生殖系統發生缺氧、炎癥以及ART前期對精子的離心、冷凍及復蘇等會產生高水平的ROS，超過了精子自身抗氧化系統的清除能力，從而導致精子質膜的過氧化和DNA損傷。男性精子DNA碎片化的形成造成精子內部遺傳信息的不完整，嚴重影響生育情況，會導致不孕，反復流產，胎兒畸形，造成胎兒發育停滯，輔助生殖失敗等。

本研究主要采用ART中優選的精子為實驗對象，以過氧化氫為氧化刺激物，通過適量的ZnCl2進行干預，通過國聯精子軟件分析、低滲腫脹實驗以及精子DNA碎片的檢測判斷鋅能否抑制過氧化氫對精子的氧化損傷作用，實驗結果表明，在ART中適量的鋅是能保護精子抗氧化刺激作用，不僅能提高精子的活動力與存活率，還抑制過氧化氫對精子質膜的損傷作用，同時降低過氧化氫對精子DNA的損傷作用。鋅抗氧化作用的具體機制還有待進一步研究，該實驗為將來的進一步機制研究以及動物實驗打下基礎；在本研究中發現體外培養基中Zn2+濃度遠低于精漿中的Zn2+濃度，主要是Zn2+在體內不同部位的濃度分布不一，ART中應用的培養基主要是參照輸卵管液，可見在輸卵管位置Zn2+的量明顯少于精漿。

1 Gharagozloo P, Aitken RJ. The role of sperm oxidative stress in male infertility and the signifi cance of oral antioxidant therapy. Hum Reprod 2011； 26（7）： 1628-1640

2 Lombardo F, Sansone A, Romanelli F, et al. The role of antioxidant therapy in the treatment of male infertility：an overview. Asian J Androl 2011； 13 （5）： 690-697

3Fatma BA, Nozha CF, Ines D,, et al. Sperm quality improvement after date seed oil in vitro supplementation in spontaneous and induced oxidative stress. Asian J Androl 2009； 11 （3）： 393-398

4 Ebisch IM, Thomas CM, Peters WH, et a1.The importance of folate, zinc and antioxidants in the pathogenesis and prevention of subfertility. Hum Reprod Update 2007； 13（2）： 163-174

5 Sankako MK, Garcia PC, Piffer RC, et a1. Possible mechanism by which zinc protects the testicular function of rats exposed to cigarette smoke. Pharmacol Rep 2012；64（6）： 1537-1546

6 Kotdawala AP, Kumar S, Salian SR, et a1. Addition of zinc to human ejaculate prior to cryopreservation prevents freeze-thaw-induced DNA damage and preserves sperm function. J Assist Reprod Genet 2012； 29（12）：1447-1453

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8 Elgazar V, Razanov V, Stoltenberg M, et al. Zincregulating proteins, ZnT-1, and metallothionein I/II are present in different cell populations in the mouse testis. J Histochem Cytochem 2005； 53（7）： 905-912

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（2015-08-18收稿）

Zinc protects sperm from being damaged by reactive oxygen species in assisted reproductive technology*

Chen Ludi1, Wu Jinxiang1**, Wang Zhengyao1, Xie Yuanzhi2
1. Department of Clinical Laboratory, Second Hospital Affi liated to Fujian Medical University, Quanzhou 362000, China 2. Department of Reproductive of Andrology, Second Hospital Affi liated to Fujian Medical University Corresponding author： Wu Jinxiang, E-mail： pursuer@163.com

Objective To explore the protective action of zinc insperm damage during assisted reproductive technology. Methods Preferring the sperm samples which were selected by density gradient centrifugation in assisted reproductive technology were used for the study. Uder stimulation of hydrogen peroxide, sperm motility, viability, sperm membrane integrity and DNA fragmentation were detected by Goodline sperm detection system, optical microscopy and sperm DNA fragmentation assay kit respectively, and the effect of Zinc on sperm damage from hydrogen peroxide was evaluated. Results The motility and vitality of sperms were decreased, the membrane integrity was destroyed and lots of sperm DNA were damaged under hydrogen peroxide stimulation. However, Zinc could protect sperm from damage obviously. Conclusion Sperm injury is closely associated with oxidative stimulation. Zinc could induce sperm damage in assisted reproductive technology.

spermatozoa； reactive oxygen species； reproductive techniques, assisted； Zinc

10.3969/j.issn.1008-0848.2015.10.002

R 321. 1

資助： 福建省衛生廳青年科研基金資助項目（NO.2011-1-36）； Project supported by the Youth Research Foundation of Fujian Provincial Department of Health（NO.2011-1-36）

**通訊作者, E-mail： pursuer@163.com