精漿細胞因子的檢測及其對精子質量的影響機制研究進展

王 榮 綜述 陸金春 梁元姣 審校

東南大學附屬中大醫院生殖醫學中心（江蘇南京 210037）

男性不育通常會出現精子質量的異常。全身或生殖系統疾病、環境因素、生活方式、輻射、微量元素缺乏、藥物等均會導致精子質量相關檢測指標的異常。精漿中含有多種成份，如糖類、脂類、酶、免疫球蛋白、多種離子成分及細胞因子等[1]，這些組分水平的改變對精子質量有重要影響。其中，精漿中的細胞因子水平可以反映男性生殖系統炎性反應程度和免疫狀況，其與精子質量下降的關系亦被廣泛研究[2]。精漿中細胞因子有哪些？其來源如何？目前精漿細胞因子檢測中存在哪些問題？精漿中細胞因子導致精子質量降低的具體機制有哪些？闡明這些問題可能有助于男性不育病因的確定、實驗室診斷方法的建立和選擇合適的治療措施。為此，本文對精漿細胞因子的來源、作用、檢測方法以及導致精子質量下降的相關機制綜述如下。

一、精漿細胞因子的種類和來源

目前，在男性生殖系統研究中報道的細胞因子有：白細胞介素（interleukin，IL）-1ɑ、1β、1RA（receptor antagonist，受體拮抗劑）、2、4、6、8、10、11、12、17、18、23、35、37、腫瘤壞死因子ɑ（tumor necrosis factorɑ，TNFɑ）、TNFβ、γ干擾素（interferonγ，IFN-γ）、轉化生長因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）、內皮素1（endothelin 1，ET-1）、肝細胞生長因子（hepatocyte growth factor，HGF）、表皮生長因子（epidermal growth factor，EGF）等[2]。但在精漿中已檢出的細胞因子及水平見表1。

表1 精漿中的細胞因子及其水平

表1 精漿中的細胞因子及其水平

細胞因子主要由免疫細胞如單核細胞、巨噬細胞、T細胞、B細胞、NK細胞等產生，也可由非免疫細胞如內皮細胞、表皮細胞、纖維母細胞等經刺激后合成并分泌[2]。一般情況下，機體免疫細胞會分泌少量細胞因子，這對維持男性生殖功能是必須的。當男性生殖系統受到病原體或其他抗原成分刺激后，機體免疫細胞甚至一些非免疫細胞，會分泌大量細胞因子，從而介導炎癥和免疫反應的發生[2，17]。

二、精漿細胞因子的作用

細胞因子的作用是多效的[2]：相同的細胞因子對不同的細胞有不同的作用；不同的細胞因子可以對特定的細胞產生相同的影響。此外，細胞因子中既有促炎細胞因子，也有抗炎細胞因子。因而不同的細胞因子可能具有協同作用，也可能相互拮抗。

生理情況下，男性生殖系統中的細胞因子一般為低濃度，其可作為細胞內信號，調節生殖道內固有免疫和適應性免疫，促進生殖細胞的生長和分化成熟，調節睪丸正常發育并維持睪丸內環境的穩定，以及維持精子的正常功能[2,17-18]。例如，支持細胞分泌的IL-1α，作為一種有絲分裂原，可調節精原細胞和精母細胞的DNA復制，并可作為自分泌和旁分泌因子，刺激乳酸和轉鐵蛋白的產生[17]；生精細胞能產生TNF，TNF可作為信號分子調節支持細胞的功能，以應對毒性損傷[17]；IL-10和TGF-β是睪丸內維持免疫抑制的關鍵因子，睪丸特異性抗原正常情況下不會被識別并導致細胞或體液免疫反應的激活，可能與睪丸中的免疫細胞特別是巨噬細胞產生IL-10和TGF-β有關[17]；IL-6可促使精子超氧化物歧化酶（SOD）活性升高，從而維持精子頂體完整性[18]；IL-10作為一種抗炎細胞因子，不僅可抑制單核細胞和T細胞中多種炎性細胞因子如IFN-γ、TNF-α、IL-1和IL-6的表達和功能，還能增強B淋巴細胞生成免疫球蛋白及NK細胞和CD8 T細胞的細胞毒性，從而加強免疫防御反應[19]。另外，細胞因子具有免疫信號傳導作用，但在睪丸中各信號通路的復雜性使得細胞因子與睪丸生理學的具體相關性還值得更多研究。

當男性存在生殖道感染（如支原體、衣原體、細菌、病毒等的感染）或炎癥、精索靜脈曲張、射精管梗阻、肥胖等時，白細胞數量或活性氧（ROS）增加[20]，巨噬細胞、樹突狀細胞和T淋巴細胞等會分泌較多的促炎細胞因子如IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-α、IFN-γ、IL-12、IL-17和IL-23等[2]。這些細胞因子的增加會加重機體的炎癥反應，并導致精子細胞的損傷。Saxena等[13]研究認為，IL-8作為一種促炎性趨化因子，可吸引更多的白細胞進入精漿，并激活嗜中性粒細胞以吞噬細菌而清除感染，同時，這些過氧化物酶陽性的白細胞則生成更多的ROS，造成精子活力下降和形態異常。因而精漿IL-8水平被認為可用于男性生殖道感染的診斷指標[13,21]。另有研究顯示[3]，IL-6、IL-8可以被認為是診斷和隨訪男性附屬性腺感染特別是無癥狀感染時最有價值的炎癥標志物。

三、精漿細胞因子的檢測現狀

正如表1所示，精漿中已有十多種細胞因子被檢測出，并且發現，實驗組的IL-6、IL-8、IL-10、IL-2、IL-1、TNF-α、IFN-γ、ET-1、TGF-β等水平均顯著高于對照組，提示，這些細胞因子可能在反映男性生殖道感染或某些特定精子異常上有一定診斷作用。然而，表1也提示，目前檢測精漿細胞因子的方法絕大多數為ELISA法，由于該法定量檢測性能有限，影響因素多，結果的準確性值得商榷。不同研究團隊報道的結果差異很大，幾乎每個細胞因子的差異均在數十倍甚至數百倍以上，進一步提示目前精漿細胞因子的檢測方法需要改進。如果沒有標準的、準確的精漿細胞因子檢測方法，結果的準確性難以保證，相關的研究結論就會有失偏頗。因此，目前對精漿細胞因子的研究，急需建立標準的、檢測結果可靠的細胞因子檢測方法。

目前用于檢測精漿細胞因子的ELISA法簡單快速，但在操作過程中干擾因素多，重復性差，靈敏度較低；RIA法有同位素損害，目前已應用很少。最近幾年，用于血清細胞因子的流式細胞術已被建立，其利用包被針對某細胞因子的高特異性單克隆抗體微球，與樣本中可溶性細胞因子結合，再加入待測物的熒光抗體，通過流式細胞分析儀檢測其熒光強度可得到相應細胞因子水平[22]。該法所需樣本量少，結果準確可靠，靈敏度高，重復性好，易于質量控制，且可同時檢測同一標本中的多種細胞因子[23]。表1中的xMAP技術，就是以熒光編碼微球為核心，集流式原理、激光分析、高速數字信號處理等多種技術于一體的檢測系統[12]。因此，流式細胞術可能是未來檢測精漿細胞因子的最佳方法，但需大樣本、多中心臨床驗證。

四、細胞因子導致精子質量降低的機制

（一）ROS與細胞因子的相互作用

在不育患者精漿中，細胞因子水平常增高[2]，其影響精子質量研究最多的機制為活性氧（reactive oxygen species，ROS）學說。在男性生殖系統中，ROS主要由精子和白細胞產生。適量的ROS水平對維持正常的精子功能是必需的，但當ROS水平超過精漿抗氧化防御能力時，即ROS和抗氧化防御系統之間的穩態平衡被破壞，就會導致過氧化應激反應的發生[20]。研究顯示[3,13]，過高的ROS可以刺激IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、TNFα、IFN-γ等多種細胞因子的過度表達，從而造成精子活力和正常形態精子百分率下降。最近一項研究顯示[24]，精漿ROS的增加可以激活白細胞TLR4/NF-κB信號通路，進而誘導炎癥因子如TNF-α和IL-6的表達和釋放，導致生殖道局部炎癥反應的發生。而促炎細胞因子水平的增加，又可促進氧化應激，最終形成惡性循環，導致炎癥反應不斷加重[20]。這種ROS和細胞因子之間復雜的相互作用，進一步通過介導精子凋亡而損傷精子DNA、降低精子活力和代謝能力、導致精子結構完整性降低，最終顯著降低精子質量[25]。另外，TNF-α在激發ROS產生的同時，可顯著降低精漿和精子SOD活性，減弱其清除氧自由基的能力，進一步加重氧化應激損傷效應，導致精子活力下降[26]。

精索靜脈曲張（varicoele，VC）導致精子質量下降亦與活性氧和細胞因子增加有關[27]。VC導致氧化損傷和細胞凋亡的同時，也會引起相關促炎細胞因子的增加，進而對生殖細胞造成損害。已有研究顯示[16,28]，相比于正常生育男性，VC患者精漿中IL-1、IL-6、IL-8、IL-18、IL-37、IFN-γ和TNF-α均有不同程度的升高。但也有研究顯示[12]，VC患者的精漿IFN-γ、IL-6和TNF-α濃度是降低的，而抗炎細胞因子IL-10水平是增加的。這些不同結論的研究提示，不同細胞因子之間的相互調控可能影響VC與精子質量之間的關系，但仍需大樣本、多中心研究的證實。

同樣，在肥胖、吸煙、飲酒、接觸輻射等的不育男性中，氧化應激水平和促炎因子如TNF-α、IL-6等水平增加亦被報道[2,29]。這些研究均證實了ROS和細胞因子之間存在一定相互作用，但這些作用的具體機制以及如何選擇合適的靶點進行干預，可能是未來研究需要關注的重點。

（二）細胞因子可促進一氧化氮的增加

一氧化氮（NO）是一種活性氮，在男性生殖系統功能調節中具有十分重要的作用，適量的NO可以調節睪丸精子的發生、提高精子活力并在受精過程中起一定作用。當機體在某些病理情況下如感染性疾病時，炎癥細胞產生的細胞因子可誘導巨噬細胞產生大量的NO，NO對入侵的微生物及其周圍細胞和組織具有細胞毒性和抑制作用，同時，高濃度的N0可導致精子活力和存活率下降，影響精子膜完整性及精子獲能[30]。另有研究顯示[31]，生殖道感染的男性患者精液NO濃度與IL-17和IL-18濃度呈正相關，推測可能是在感染刺激下，IL-17和IL-18等炎癥因子濃度升高，促進了誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的表達，從而產生大量NO。Lampiao等[32]也證實，生殖道炎癥時高濃度TNF-α和IL-6也可過度激活精子中iNOS的活性，使精液中NO含量顯著增加，進而影響精子活力和存活率。

（三）細胞因子可介導線粒體損傷

線粒體可通過氧化磷酸化合成ATP，為精子運動提供能量。同時，線粒體能產生少量ROS，維持精子內鈣穩態、頂體酶活性及染色質完整性等，從而維持男性生育力[33]。感染、精索精脈曲張、環境污染、藥物、高溫、吸煙、肥胖、心理應激等因素均可能引起精子線粒體功能障礙甚至凋亡，其中，除了升高的ROS通過誘導線粒體嵴的重構和脂質過氧化而促進細胞色素C的釋放從而引起精子凋亡外[34]，細胞因子的作用亦不可少。研究顯示[35]，促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α等可能通過改變線粒體能量代謝、加重氧化應激反應和蛋白質羥基化等機制導致線粒體功能障礙。另外，TNF-α可通過與其受體TNFR1結合形成三聚體樣調節蛋白，激活半胱氨酸蛋白酶8（Caspase-8），活化的Caspase-8可以裂解Bcl-2家族的Bid蛋白并形成一個活性片段，從而增加線粒體通透性并釋放細胞色素C，引起精子凋亡[34]。

（四）細胞因子可抑制睪酮生成

睪酮對精子發生和精子功能的維持必不可少。當機體處于感染、精索靜脈曲張、高溫、肥胖等病理條件下時，除了男性生殖道局部細胞因子水平升高外，患者血清促炎細胞因子水平亦會增加。研究顯示[36]，男性高睪酮狀態下，常有血清抗炎因子IL-10的升高和促炎因子IL-6、TNF-α和IL-1β的降低。用TNF-α體外處理Leydig細胞1～2小時后，以及對成年小鼠給予TNF-α6小時后，培養液和小鼠血清睪酮水平均明顯降低[37]。進一步研究顯示[37]，TNF-α可通過激活核因子kappa B（NF-kB），進而抑制孤核受體的反式激活，抑制類固醇激素的合成，或者通過JNK/ERK的MAP激酶途徑激活核受體家族成員DAX-1發揮抑制類固醇激素合成的作用。睪酮缺乏與炎癥細胞因子水平升高有關，而補充睪酮可降低炎癥細胞因子水平，故循環細胞因子對男性生育的影響可能與抑制睪酮生成有關。

（五）細胞因子對睪丸免疫耐受的影響

調節性T細胞（Tregs）介導對自身抗原的耐受性，維持免疫穩態；抑制性細胞因子包括IL-10、IL-35和TGF-β在維持睪丸對自身抗原的耐受性，避免自身免疫性疾病發生中發揮重要作用。當睪丸發生感染、創傷或炎癥時，一些促炎細胞因子如TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-17、IL-23和Fas配體可破壞睪丸免疫抑制環境，活化自身反應性T細胞，從而破壞睪丸免疫耐受機制，引起自身免疫性睪丸炎，導致精子活力降低和血-睪屏障通透性增加[38]。另外，VC患者抗精子抗體（ASA）的發生與睪丸組織促炎細胞因子如IL-1和TNF-α水平的異常增加有關，提示睪丸免疫微環境障礙可導致不可逆的睪丸損害[39]。

五、結語

細胞因子在生殖系統中起著重要的調節作用，且這種作用是相互的。各種細胞因子之間存在拮抗或協同作用，因而單看一種細胞因子并不能反映某一疾病的整體情況，多種細胞因子聯合檢測可以更好地反映疾病狀態。然而，目前精漿細胞因子的檢測方法仍有待改善，方法的標準化和質量控制有待建立。正常生育男性精漿中各細胞因子水平如何？以及不同細胞因子對男科疾病或特定精子異常的診斷價值如何？仍需在標準化檢測方法建立的基礎上進行大樣本、多中心的臨床研究。細胞因子可以通過促進ROS和一氧化氮的增加，而降低精子質量，ROS的增加又可反過來促進細胞因子的進一步增加，而加重精子損傷；細胞因子亦可通過特定的作用機制介導精子線粒體損傷和抑制睪酮合成。另外，細胞因子在維持睪丸的免疫耐受中亦起作用。由此可知，細胞因子可以通過多個途徑影響精子質量，但每一個細胞因子的特定作用及影響精子質量的機制如何？以及不同細胞因子間如何相互作用的？這都有待未來進一步研究。

關鍵詞細胞因子； 精液； 精子質量； 不育，男性

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2022.02.018

中圖分類號R321.1； R698.2