张杰 胡红林
[关键词] 精子形态;精子DNA;畸形精子;辅助生殖技术
[中图分类号] R698.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2021）19-0187-06
Research progress on the effects of abnormal sperm and sperm DNA damage on fertility
ZHANG Jie1 HU Honglin2
1.Department of Assisted Reproduction，Jiujiang Maternal and Child Health Hospital in Jiangxi Province，Jiujiang 332000，China;2.Department of Urology，the Second Affiliated Hospital of Nanchang University，Nanchang 330000，China
[Abstract] Sperm is an indispensable male gamete in the reproductive process.Its normal morphology and nuclear chromatin determine the reproductive ability and the safety of offspring.Therefore，abnormal sperm and sperm deoxyribonucleic acid （DNA） damage is an important cause of infertility.Sperm morphology has always been an important indicator that affects male fertility and reproductive outcomes.Strict sperm morphology has significant predictive value in natural conception and assisted reproductive technology （ART） treatments.However，the isolated use of sperm morphology to predict reproductive outcome has its limitations.In recent years，with the deepening of sperm research， the role of sperm DNA in reproduction has attracted more and more attention，especially in embryonic development and pregnancy outcome.It has a better predictive effect than sperm morphology.This article mainly reviews the mechanisms of abnormal sperm and DNA damage and their effects on reproduction.
[Key words] Sperm morphology; Sperm DNA; Abnormal sperm; Assisted reproductive technology
近年来，随着工作与生活节奏的加快、环境污染等问题加剧，不孕不育的发生率正在逐年上升。据统计，大约有15%～20%的夫妇存在着不孕不育，其中男性因素高达40%～50%[1-2]。造成男性不育的主要原因是精子质量的下降，据统计过去几十年，男性的精子质量呈现出不断下降的趋势[3-5]。在不育不孕高发的背景下，一些夫妇无法获得自然妊娠而选择辅助生殖技术（Assisted reproductive technology，ART）助孕治疗。精子质量不仅在自然生育中扮演了不可替代的角色，在ART治疗中也起着非常关键的作用。早在17世纪，Anton van Leeuwenhoek第一次利用显微镜在人类和动物精液中发现了精子，人类从此开启了认识和研究精子的大门。1916年，Cary第一次提出精子形态可能对男性生育能力造成影响。而到1980年，WHO首次对精液体积、pH、液化时间、精子数量、活动力、形态等参数制定了统一的检测方法和标准阈值。近年来，随着人们对精子功能和机制的不断认识，精子质量评估已经向细胞、分子阶段发展，其中精子DNA完整性检测对生殖的影响受到了高度重视。本文主要就精子形态和精子DNA结构发生异常的机制及它们对生殖的影响作一综述。
1 畸形精子产生的机制
正常精子形似蝌蚪，长约60 μm，分为头部和尾部。头部长4～4.5 μm，宽2.5～3.5 μm，外观呈椭圆形，光滑、对称，由高度浓缩的细胞核和顶体组成，前者为遗传物质的携带者，后者是特殊的溶酶体。精子尾部是头部的7～15倍，分为颈段、中段、主段和末段，由尾部中央的轴丝和中段周围的线粒体鞘组成，前者是精子运动的结构基础，后者是精子运动的供能装置。畸形精子根据部位不同分为头部缺陷、颈部和中段缺陷以及尾部缺陷，如大头、圆头、多尾、卷尾、胞质残留等形态异常。精子的发生是一个及其复杂的细胞分化过程，精原干细胞通过有丝分裂形成了大量的生精细胞，精母细胞进行减数分裂形成单倍体细胞，最终通过独特的形态学转化转变为形态特异的精子。而畸形精子产生的机制复杂多样。在睾丸曲细精管中，精母细胞经过减数分裂及形态逐渐转为形态、功能完备的精子，然而受体内外因素的影响，减数分裂过程紊乱，染色体的分离异常可能导致精子形态异常[6]。核染色质浓缩与核蛋白转换异常也与畸形精子相关，核染色质的浓缩与稳定依赖于精核蛋白的正常转换，组蛋白-鱼精蛋白转换异常会出现细胞核过大，核内空泡数增多，染色质结构变得松散，导致精子头部形态异常[7]。研究表明肿瘤患者在暴露于烷化剂和全身放射治疗时，精子细胞的减数分裂受到抑制，组蛋白-鱼精蛋白的转换程序受到干扰，从而诱发严重的生殖细胞损害，使精子生成逐渐减少，畸形精子比例升高[8]。精子形态逐渐的过程中，高尔基复合体囊泡融合成一个大的顶体囊泡，覆盖于精子细胞核前形成顶体，中心粒迁移到细胞的尾部，远端中心粒分化形成鞭毛中轴，线粒体集中在鞭毛外周形成线粒体鞘，如果精子的轴丝缺少中部的线粒体合成或尾部的装配异常都会导致尾部形态异常和僵直。精子形成后也可能受到周围环境的氧化损伤，一些病原体可吸附在精子膜表面，分泌蓄积的毒性产物可以破坏精子的结构与功能，同时激发免疫反应与氧化应激，使精子形态结构与功能受到损伤[9]。畸形精子作为男性不育的重要病因之一，其发病机制复杂，涉及的影响因素也非常广泛，与感染、损伤、理化因素、内分泌紊乱等多种因素相关，通过寻找病因及影响因素给予干预治疗往往能获得比较好的疗效。但有些畸形精子症患者病因不明，治疗效果较差，也许是忽视了遗传学因素的作用，畸形精子症可能还与某些特定基因的异常相关，而相关基因表达对精子的形态建成起着不可忽视的作用，寻找这些基因也变得尤为重要。
