果蔬天然活性成分對雄性生殖障礙的改善作用

張遙遙，郝佳美，張柏林，任建武

（北京林業(yè)大學生物科學與技術(shù)學院，北京 100083）

雄性不育癥是造成哺乳動物生殖問題的重要原因之一。世界衛(wèi)生組織調(diào)查發(fā)現(xiàn)，存在不育現(xiàn)象的育齡夫婦約占15%，表明不育癥已成為值得大家關(guān)注的一個全球現(xiàn)象。近年來研究發(fā)現(xiàn)，不育夫婦中，50%純粹為男性因素。而由精索靜脈曲張、睪丸創(chuàng)傷、暴露于治療劑及毒素等造成的睪丸功能障礙，其作用機制一般包括氧化應(yīng)激，炎癥和凋亡[1]。在雄性不育治療方面，天然果蔬發(fā)揮著獨特的作用，如番茄紅素對睪丸產(chǎn)生有益作用，食用富含番茄紅素的西紅柿、彩椒、葡萄、葡萄柚、芒果等果蔬被認為是治療精索靜脈曲張和男性不育癥的新策略；佛手瓜對不育癥有很好的療效；無花果含有治療不育癥的有效成分；印度研究人員發(fā)現(xiàn)，許多熱帶水果可以治療不育癥[2]。

本文主要研究了常見果蔬中的天然活性成分在應(yīng)對雄性不育方面的作用，并探索了果蔬天然成分的過氧化應(yīng)激機制，以期為雄性不育的防治提供理論依據(jù)。

1 雄性生殖障礙及其原因分析

大量的研究表明，受精過程中的障礙與活性氧（ROS）過量引起的氧化應(yīng)激有關(guān)[3]。哺乳動物精子處于高氧環(huán)境下會迅速失活，添加過氧化氫酶可改變這一現(xiàn)象，說明哺乳動物自身可產(chǎn)生減弱精子活力的過氧化氫。精漿中有多種細胞的混合物，精子細胞主要通過NAPDH 酶與底物反應(yīng)、線粒體呼吸鏈漏電電子與氧化酶反應(yīng)兩種途徑來產(chǎn)生ROS[4-5]。異常精子（未成熟精子、畸形精子）以及白細胞是導致ROS 過量的主要內(nèi)源性物質(zhì)[6]。高度敏感的生精細胞很容易受到高濃度ROS 的影響[7]。精子易受氧化損傷的原因有兩個：一是，精子質(zhì)膜富含不飽和脂肪酸，易與ROS 反應(yīng)；二是，精子本身產(chǎn)生的對抗氧化應(yīng)激的酶類嚴重缺乏，需要有力補充[8]。氧化應(yīng)激可造成精子質(zhì)膜、精子DNA、精子線粒體損傷，增加細胞凋亡，減少睪酮合成[9]，嚴重危害男性生殖健康。

氧化應(yīng)激是精子功能惡化的重要原因之一，為抵抗ROS 攻擊使精子免受氧化損傷，睪丸發(fā)育過程中發(fā)展了一系列有效的酶和非酶抗氧化系統(tǒng)，以確保精子及類固醇的正常生成而不受氧化應(yīng)激的影響。酶抗氧化系統(tǒng)主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和硫氧還蛋白過氧化物酶（TPx）[10]。非酶抗氧化系統(tǒng)主要包括維生素C、α-生育酚[11]、谷胱甘肽[12]、牛磺酸[13]等。精液（SF）中的氧化防御系統(tǒng)也在睪丸發(fā)育和通過生殖道過程中保護精子抵抗ROS 的攻擊。

2 常見果蔬提取物對雄性生殖障礙的改善作用

眾所周知，果蔬是次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)源，且具有抗氧化特性。一些次級代謝產(chǎn)物作為抗氧化劑可通過清除ROS 或調(diào)節(jié)激素產(chǎn)生等方式緩解不育癥。一些研究表明植物的次級代謝產(chǎn)物通過直接作用于生殖細胞消除ROS，或通過作用于一些酶類，如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和過氧化物酶來產(chǎn)生作用。目前對雄性不育的實驗研究，大多數(shù)是通過構(gòu)建多種動物模型進行。

2.1 枸杞多糖

許多果蔬多糖成分都有提高免疫力的作用，其發(fā)揮免疫功能的作用在于抗氧化能力，如枸杞多糖（lycium barbarum polysaccharide，LBP）可清除自由基能力很強，體外抗氧化能力十分突出。

張帆[14]以白消安為誘導劑建立不育模型，將50 只雄性昆明白小鼠分為模型組、正常組和三組不同LBP 濃度給藥治療組，即50、100、200 mg/(kg·d)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LBP 可促進c-kit因子表達，增加生精小管細胞層數(shù)，有效改善白消安造成的小鼠睪丸生精功能損傷。申涌等[15]以甲醛（FA）為染毒物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)FA 可減小睪丸、附睪臟器指數(shù)，降低精子數(shù)量及活動力，增加精子畸形率，血清睪酮水平下降，LBP 給藥組可緩解FA 造成的損傷。孫晶等[16]進一步研究LBP 對FA 造成的睪丸組織氧化損傷以及對多種酶活性的影響。隨著LBP 濃度的升高，SOD 活性增加，MDA含量下降，且LBP 可增強睪丸間質(zhì)細胞功能完整標志酶葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G-6-PD）及精子功能成熟標志酶山梨醇脫氫酶（SDH）活性。吉海杰等[17]發(fā)現(xiàn)LBP 對X射線造成的生殖病變也有一定的修復作用。順鉑（CDDP）是具有細胞毒性的細胞周期非特異性藥物，其抗瘤譜廣，為臨床常用藥物，可造成睪丸支持細胞（TM4）的氧化損傷。LBP 通過抑制MDA 含量升高，增強GSH 及SOD活性，并緩解順鉑的有害作用[18]。

2.2 原花青素

原花青素（proanthocyanidin，PC）是公認的能有效清除人體內(nèi)自由基的天然抗氧化劑。葡萄、荔枝、黑果枸杞等經(jīng)常被用來研究原花青素抗氧化功能的果蔬。有學者提出，葡萄籽原花青素能夠有效降低大鼠隱睪細胞凋亡的程度，蘋果多酚和葡萄原花青素共同作用能改善山羊精子質(zhì)量，原花青素能有效緩解重金屬鎘對大鼠生殖系統(tǒng)造成的損傷，PC 可以緩解環(huán)境污染物砷造成的小鼠體質(zhì)量及睪丸質(zhì)量下降，增加精子質(zhì)量，降低精子畸形率[19]。蓮房原花青素（lotus seedpod procyanidins，LSPCs）可減輕極低頻電磁場導致的睪體比、精子活率、SOD 活力的下降，畸形率、MDA 的上升，并可起到明顯的預防作用[20]。葡萄籽原花青素（grape seed proanthocyanidin extract，GSPE）可減弱順鉑對睪丸支持細胞的生長抑制作用，降低順鉑造成的毒性作用。GSPE 不僅可以拮抗被誘導的TM4 細胞的氧化損傷，增強抗氧化酶活力，還可以增強正常睪丸支持細胞的抗氧化活力，起到一定的預防作用[21]。PC 還能夠降低經(jīng)玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEA）染毒的支持細胞的凋亡率，提高T-SOD、GSH-PX 活性，降低MDA 含量，顯著降低LDH 活性，顯著提高GSH 含量、上調(diào)生精細胞Nrf2 及其下游靶基因GSH-Px、HO-1、γ-GCS、NQO1的mRNA 和蛋白表達量，從而保護ZEA誘導的鼠睪丸支持細胞氧化損傷[22]。

2.3 紅景天提取物

紅景天提取物具有良好的抗氧化性能，對氮自由基、羥基自由基的抗氧化作用明顯。郭卓雨等[23]探討了順鉑對造成小鼠睪丸支持細胞TM4 損傷可能的作用機制，發(fā)現(xiàn)當紅景天提取物濃度為0.012 5～2.5 mg/L 時，可顯著降低TM4 細胞內(nèi)MDA 含量，降低總超氧化物歧化酶（T-SOD）、GSH 的耗竭，其對順鉑的拮抗作用可能與抗氧化能力有關(guān)。閆黎等[24]建立了束縛應(yīng)激小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)該模型可使小鼠睪丸一氧化氮（NO）水平升高和一氧化氮合成酶（NOS）活性增強，紅景天苷提取物可逆轉(zhuǎn)應(yīng)激導致的NO 水平的上升，降低NOS 的活性，減少氧化應(yīng)激狀態(tài)對機體功能的損傷，并且提高小鼠睪丸組織總抗氧化能力（T-AOC）。

2.4 白藜蘆醇

白藜蘆醇（resveratrol，RES）是一種多酚類物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與合成的雌激素類化合物己烯雌酚類似，被認為是一種植物雌激素，主要來源于葡萄、花生、桑葚、藍莓等。楊彥磊[25]研究表明，白藜蘆醇通過保護大鼠曲細精管完整結(jié)構(gòu)，降低大鼠血清FSH 水平，提高INH B、P450scc 及VASA mRNA 表達水平，修復生精細胞。其作用機制可能與白藜蘆醇抗氧化作用平衡睪丸內(nèi)的微環(huán)境有關(guān)，對射線引起睪丸生精功能損傷有一定的修復作用。楊佳亮[26]以過氧化氫為誘導劑建立了豬睪丸間質(zhì)細胞氧化損傷模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇濃度為0.2 mol/L 時，可減輕過氧化氫對細胞的增殖抑制，使SOD、睪酮濃度增加，抑制過氧化氫引起的細胞凋亡。同時以環(huán)磷酰胺為誘導劑建立了生精障礙模型，體內(nèi)動物試驗表明，白藜蘆醇處理后可增加睪丸指數(shù)、精子數(shù)及體質(zhì)量，精子畸形率減少，血清睪酮含量增加，但血清中的SOD、GSH-Px 等抗氧化成分的含量沒有顯著變化。王莉莉[27]發(fā)現(xiàn)，精子優(yōu)選過程中的離心步驟常造成ROS 含量增加，提高細胞脂質(zhì)過氧化水平。體外添加維生素C 是降低少弱精子氧化應(yīng)激損傷的一種有效方法，RES 對正常精液氧化應(yīng)激也有較好的拮抗作用，表現(xiàn)為ROS、MDA、精子DNA 碎片化程度降低，精子濃度、數(shù)量、前向運動精子比例提高。

2.5 蒺藜皂苷

蒺藜皂苷是蒺藜中具有抗衰老作用的有效成分之一，其抗衰老機制與清除自由基有關(guān)。蒺藜皂苷通過促進雌性大鼠發(fā)情來提高生殖能力，有效地增加小鼠精元細胞、精母細胞和精子的數(shù)量；且也能使參與精子形成的塞托利細胞（Serto1i）濃度有所增加。

朱辛為等[28]對半乳糖誘導生精障礙衰老小鼠皮下注射蒺藜皂苷，與損傷組相比，CAT 及GSH-Px 活力為（24.28 ±1.53）U/mg Hb、（205.65 ±10.94）U/mg Hb，酶活力顯著增強；且與衰老組相比精子濃度、活力、活精子率顯著提高，說明蒺藜皂苷改善衰老小鼠生精功能障礙是通過抗氧化起作用。盧博等[29]研究發(fā)現(xiàn)蒺藜皂苷可通過上調(diào)睪丸組織中小鼠生精細胞凋亡相關(guān)分子Caspase-8 水平的表達，抑制環(huán)磷酰胺對小鼠生精細胞的凋亡作用，拮抗其對生殖系統(tǒng)的損害。

2.6 槲皮素

槲皮素是具有抗氧化及清除氧自由基功能的多羥基黃酮類化合物，應(yīng)用廣泛，主要以糖苷的形式存在于蔬菜、水果、茶和葡萄酒等中。布同良[30]發(fā)現(xiàn)對于鎘造成的生精功能損傷，槲皮素劑量為75 mg/kg 時即可有效降低活性氧水平，抑制生精細胞的脂質(zhì)過氧化。通過增強SOD、GSH-Px 活性，提高組織的抗氧化能力；且槲皮素還可以抑制鎘引發(fā)的生殖細胞凋亡，使抗凋亡蛋白Bcl-XL表達增加。李慧[31]發(fā)現(xiàn)槲皮素調(diào)控鎘對大鼠生殖障礙是通過Nrf2-Keap1 途徑進行的；檢測了GSH-Px、CAT、SOD 及與該通路相關(guān)的指標，確定槲皮素是通過抗氧化功能來干預鎘有害作用的。

2.7 茶多酚

茶多酚是茶葉中主要的多酚類活性物質(zhì)，由于其獨特的抗氧化效果而受到人們的廣泛關(guān)注。王秀虹等[32]將茶多酚作用于患有糖尿病的睪丸損傷大鼠，發(fā)現(xiàn)茶多酚可使睪丸曲細精管結(jié)構(gòu)完整，SOD 活性升高，氧化應(yīng)激產(chǎn)物MDA 含量下降，升高抗凋亡蛋白Bcl-2 的蛋白表達。由于糖尿病模型大鼠體內(nèi)脂質(zhì)代謝反應(yīng)及葡萄糖氧化反應(yīng)等使ROS 含量高，造成細胞結(jié)構(gòu)損傷，而茶多酚的抗氧化性強，可明顯拮抗氧化應(yīng)激，這可能是茶多酚的作用機制之一。康偉祥等[33]研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚作用于紫外線輻射致生殖系統(tǒng)損傷小鼠，可以通過增大精子密度、增強精子活率、降低精子畸形率，降低小鼠睪丸組MDA、ROS 水平，提高SOD、GSP-Px 活性來保護雄性小鼠的生殖系統(tǒng)[33]。

2.8 葛根素

葛根素（puerarin，Pue）是葛根異黃酮的主要活性成分，有廣泛的臨床應(yīng)用。在心腦血管疾病的預防和治療中已經(jīng)取得良好的效果。此外，葛根素還具有較強的抗氧化、清除自由基等作用。其力根等[34]發(fā)現(xiàn)150 mg/kg 葛根素可明顯緩解己烯雌酚（DES）造成的睪丸病理學變化，使SOD、GSH-Px 活力提高，血清睪酮、黃體生成素（LH）、促性腺激素釋放激素（GnRH）含量明顯增加。說明葛根素可通過抗氧化機制緩解小鼠的生殖損傷。叢霞等[35]對熱應(yīng)激造成氧化應(yīng)激的牛睪丸支持細胞（SCs）施加葛根素，可明顯增加SOD、CAT、GSH-Px 活力，減少MDA的產(chǎn)生，細胞應(yīng)激反應(yīng)蛋白HSP70 表達顯著增加。

2.9 萊菔硫烷

萊菔硫烷是眾多異硫氰酸酯中的一種，是硫代葡萄糖苷的一種水解產(chǎn)物，是蔬菜中防癌、抗癌效果最好的天然活性物質(zhì)之一。萊菔硫烷主要存在于西蘭花和其他十字花科植物中，是一種重要的維持細胞氧化還原平衡的物質(zhì)。

王雪[36]研究表明，將萊菔硫烷作用于鎘暴露小鼠睪丸支持細胞，能提高GSH-PX、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（GCS）、血紅素加氧酶1（HO-1）、Nrf2、醌氧化還原酶1（NQO1）等抗氧化基因和蛋白表達量，保護鎘導致的小鼠睪丸支持細胞的損傷。在睪丸間質(zhì)細胞中，萊菔硫烷同樣可拮抗鎘的氧化損傷，其調(diào)控通路Nrf2-ARE 實現(xiàn)保護作用[37]。

2.10 姜黃素

姜黃素（CUR）是一種具有強大抗氧化性能的天然苯酚，是黃芩的主要活性成分之一，姜黃素可有效抑制羥自由基，具有選擇性抗氧化作用，可以拮抗輻射導致的腸黏膜損傷。有學者研究探討CUR 是否可以逆轉(zhuǎn)ROS引起的公牛精子運動性、活力和細胞內(nèi)抗氧化劑的改變。數(shù)據(jù)表明CUR，顯示出顯著的保護性和ROS 清除特性，其可以防止精子的氧化損傷，并因此保持雄性配子的功能活性[38]。劉智等[39]研究發(fā)現(xiàn)，砷對生精小管、睪丸間質(zhì)細胞有直接損害作用，姜黃素可以通過清除ROS，增加還原性谷胱甘肽酶活力，減輕脂質(zhì)過氧化作用來抵抗砷所致大鼠睪丸生精細胞的凋零。

2.11 橙皮素

橙皮素（Hes）是柑橘屬植物的主要有效成分，有抗氧化及消除自由基的功效。橙皮素是一種中藥，在柑橘類水果中以橙皮苷存在，體內(nèi)試驗研究表明[40]，其對鎘等導致的氧化損傷具有拮抗作用。汪紀倉等[41]發(fā)現(xiàn)鉛可增加MDA 含量（增加62.74%）、降低GSH 含量及CAT 活性（分別降低33.08%和45.88%）。朱華麗[42]研究也發(fā)現(xiàn)，鉛可造成細胞中的GPx 的活性降低，而橙皮素對鉛造成的脂質(zhì)過氧化損傷有一定的保護作用。

2.12 薯蕷皂苷元

薯蕷皂苷元是一種從茄屬和薯蕷屬植物中獲得天然留體皂苷配基和異螺旋甾烷的衍生物，是合成性激素的重要前體化合物。山藥提取物薯蕷皂苷可以通過縮短小鼠勃起潛伏期、提高精液質(zhì)量、提高睪丸組織中SOD活力，降低MDA 含量，改善雷公藤多苷誘導的小鼠生殖系統(tǒng)損傷[43]。同樣，對于環(huán)磷酰胺誘導生殖細胞氧化應(yīng)激產(chǎn)生的一系列病變也有一定的改善作用，使活性氧含量下降，且可以改善細胞的抗氧化能力[44]。

2.13 大豆異黃酮

大豆異黃酮（SIF）是多酚類物質(zhì)，大豆及各類豆制品中含量豐富。大豆異黃酮是一種結(jié)構(gòu)與雌二醇類似的植物雌激素，體內(nèi)外試驗均證實SIF 可以與雌激素受體α和β結(jié)合，從而干擾內(nèi)源性雌激素的生物效應(yīng)[45]，有抗炎、增強免疫、抗衰老等多種功能。

范紅艷等[46]研究了大豆異黃酮對生殖障礙小鼠的作用，發(fā)現(xiàn)300 mg/kg 的劑量即可降低精子畸變率及MDA含量，提高Na+、K+-ATP 及Ca2+-ATP 酶活；600 mg/kg 時可增強乳酸脫氫酶（LDH）活性，大豆異黃酮對睪丸損傷的拮抗作用與抗氧化及抑制NO 含量有關(guān)。李一帆[47]建立了肥胖小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)，SIF 通過影響生殖激素、氧化應(yīng)激及增加抗凋亡因子bcl-2的表達，抑制促凋亡因子caspase-3和BAX的表達，來改善氧化損傷和生殖細胞凋亡，從而維持睪丸正常的精子發(fā)生。

3 小結(jié)與展望

不育癥是影響人類生理及心理健康的一個重要臨床問題，逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。ROS 產(chǎn)生過多與機體抗氧化系統(tǒng)之間的不平衡引起氧化應(yīng)激有關(guān)，研究表明氧化應(yīng)激是造成男性生殖障礙的重要病因之一。吸煙、感染、輻射、肥胖、精索靜脈曲張、藥物、環(huán)境污染物、汽車尾氣PM2.5等因素常誘導機體產(chǎn)生過量ROS，從而引起氧化應(yīng)激。由于不育癥診治的復雜性使得西醫(yī)治療結(jié)果不理想，近來研究發(fā)現(xiàn)天然活性產(chǎn)物對不育癥治療有一定成效。枸杞多糖、原花青素、紅景天提取物、白藜蘆醇、蒺藜皂苷、槲皮素、茶多酚、葛根素、萊菔硫烷、姜黃素、橙皮素、薯蕷皂苷元、大豆異黃酮等越來越多的天然活性成分被發(fā)現(xiàn)有修復雄性生殖損傷的作用，其作用機制多集中于抑制ROS 的產(chǎn)生，增強抗氧化酶系的活性，以達到清除自由基，減輕對精子質(zhì)膜及精子DNA 損傷的目的。

目前針對氧化應(yīng)激這一病因的研究，僅局限于將活性成分作用于動物或細胞，然后進行相關(guān)的精液常規(guī)檢查及睪丸組織病理學檢查，對其作用產(chǎn)生的通路方面的研究很少。因此，在今后應(yīng)多關(guān)注天然活性成分的作用通路及機制。