女性生殖道對精子的篩選作用研究進展

羅韜，桂紹濤，卿亮亮，王飚，趙暉，雷銀

(昆明醫科大學第一附屬醫院，昆明 650032)

當今時代，由于社會、環境、生活方式的改變，越來越多的男性身體狀況趨向于亞健康，生育能力下降，許多不育癥患者最終不得不接受人類輔助生殖技術(ART)治療。盡管ART不斷完善和發展，但是在ART妊娠過程中精子缺乏女性生殖道的自然選擇過程，所選精子直接與卵子接觸，精子質量是否存在某些缺陷很難全面評估。在實際應用中，ART妊娠的成功率始終低于自然妊娠，而且還存在很多不確定的臨床問題，比如腦癱患兒、早產患兒、低出生體重患兒和極低出生體重患兒。了解精子在女性生殖道中的自然篩選過程，對于幫助人類選擇出最佳的精子有著極其重要的作用。人類精子在宮頸開口前方附近射出，雖然射精數量達數百萬甚至數十億，但一般只有幾千個精子能夠到達輸卵管，少于100個精子到達受精部位，而最終只有一個精子成功授精。精子在女性生殖道內需完成行經陰道、子宮頸、子宮、子宮輸卵管連接處(UTJ)和輸卵管的漫長旅程才能遇見卵子，在此過程中，女性生殖道的生理解剖、免疫反應和外泌體等對精子均有篩選作用，只有形態、運動及功能最佳正常的精子才能參與受精過程[3]。現就女性生殖道對精子的篩選作用研究進展情況綜述如下。

1 女性生殖道生理解剖對精子的篩選作用

1.1 子宮頸 子宮頸是女性生殖道對精子的第一個篩選屏障。在這里，高達70%的精子被篩選出局[4]。在女性排卵期間，子宮頸處的宮頸黏液具有較高的抗菌活性及較低的pH值，是最適宜精子通過的。而精子的前進性運動對于其穿過宮頸黏液是必不可少的，故運動性差并伴隨異常形態的精子在此過程可被濾過[3]。精子在子宮頸處遷移的過程中與宮頸黏液的生化作用目前了解較少。研究[5]顯示，精子表面包被有一種富含半胱氨酸的糖基化多肽-防御素β126(DEFB126)，其攜帶的負電荷有助于精子穿透宮頸黏液，該研究還發現，攜帶純和突變DEFB126基因的男性精子在穿透人工合成的宮頸黏液時，其穿透率降低84%，同時受孕率降低，提示DEFB126可能參精子對宮頸黏液的穿透過程。

1.2 UTJ UTJ管腔極度狹窄和曲折，并且充滿了黏液。Zaferani等[6]在體外模擬女性生殖道狹窄交界處的精子運動時發現，生殖道內的天然狹窄有類似“門”的作用，它將精子以分層累積的方式分為不同的群體，運動速度越快的精子越靠近“門”，運動速度越慢的精子則離“門”越遠，而運動速度高于一定閾值的精子才有機會通過UTJ的“門口”。總之，這種狹窄通道加強了精子之間的競爭機制，只選擇那些運動能力最強的精子。動物研究[7]表明，正常的形態和運動能力并不足以使精子通過UTJ，每個精子都可能需要一種或多種精子表面蛋白以幫助其通過UTJ。小鼠基因敲除的研究[8，9]表明，去整合素和金屬蛋白酶區域3(ADAM3)蛋白對于精子通過UTJ來說必不可少。

1.3 輸卵管 有活力的精子一旦進入輸卵管峽部，精子頭部就會與輸卵管上皮的纖毛細胞結合，形成精子儲庫，還會啟動信號級聯，導致特定分子的分泌，從而使這些精子能夠保持授精能力[10～12]。當卵母細胞到達輸卵管壺腹部后，精子儲庫內的精子就會變得過度活躍，而從輸卵管上皮中分離出來。Ca離子通過精子鞭毛上的陽離子通道(CatSper)流入會引起精子的過度活躍，促使精子從輸卵管上皮分離，還可以使精子成功遷移通過輸卵管黏液，并穿透卵丘。研究[13,14]表明，由卵丘-卵母細胞復合體合成的孕酮以及前列腺素可以直接活化CatSper，增加精子Ca離子流入。研究[15]發現，只有這種獲能狀態的精子才能通過趨熱性及趨化性的選擇機制繼續游完通向卵子的旅程。一般情況下，輸卵管可以淘汰膜完整性或染色質有功能性損害的精子。Hourcade等[16]在小鼠研究中發現，與從陰道和子宮回收的精子相比，從輸卵管回收的精子具有更多的DNA碎片，DNA質量最高。

2 女性生殖道免疫反應對精子的篩選作用

射精是女性免疫系統和父系抗原之間交流的開始。雖然射精的量和成分在不同物種之間有所不同，但精子與雌性生殖道接觸后，會在大多數哺乳動物中誘導出炎癥反應，促使子宮和宮頸細胞合成促炎細胞因子，誘導白細胞流入子宮腔[17]。Sharkey等[19]對比未受保護的陰道性交、使用避孕套的陰道性交、無性交后的生殖道活檢組織變化后發現，精液的刺激可引起巨噬細胞等白細胞的募集，而無性交或使用避孕套保護的性交生殖道不會發生白細胞募集。炎癥反應的介導以精漿為主，精子為輔[18]。精漿中存在的特定因子與宮頸細胞相互作用，誘導GM-CSF、IL-6和其他趨化因子的表達，但免疫反應的主要誘發因素是轉化生長因子-β(TGF-β)的表達。TGF-β以前體形式存在于精液中，并在雌性生殖道中被激活，隨后間接誘導其他細胞因子的表達，如PGE2和IL-8。研究[20]顯示，TGF-β和PGE2均可抑制自然殺傷細胞和中性粒細胞的功能。中性粒細胞進入宮頸管有助于通過選擇性吞噬死亡、異常或非受精精子來保護活的受精精子的存活，還可以去除生殖過程中混入的病原體，但不會對正常的運動精子構成屏障。研究[15]顯示，對父系抗原免疫耐受的不充分是人類不育的重要原因之一。研究[21]發現，精漿暴露可活化女性生殖道中的T細胞，以正確響應和識別父系抗原，激活女性生殖系統的免疫耐受。總之，精漿可以在誘導和消除炎癥中起雙重作用。對這些過程的不斷認識在未來可以幫助我們治療不育癥患者。

3 女性生殖道外泌體對精子的篩選作用

外泌體即胞外囊泡，廣泛存在于血清、乳汁、尿液、精漿和卵泡液等體液中。外泌體是由真核細胞和原核細胞產生的具有膜結合特征的磷脂雙層結構，可攜帶并向靶細胞傳遞各種調節分子，如蛋白質、微小RNA及脂質[22]。外泌體作為細胞間信號交流的通訊方式，與腫瘤、免疫和免疫耐受間的關系研究較多，但與生殖的關系研究較少。生殖道外泌體根據所在部位不同而被命名為不同的小體，如附睪小體、前列腺小體、陰道小體、子宮小體和輸卵管小體，各小體可通過膜融合機制被精子攝取。在女性生殖道中，子宮小體是最先被證實的生殖道外泌體，也是研究較多的外泌體。子宮小體攜帶對精子功能非常重要的跨膜蛋白和糖基磷脂酰肌醇連接蛋白，如精子黏附分子1(SPAM1)[23]。研究[24]發現，SPAM1參與了精子成熟過程，可增強精子透明質酸結合能力和卵丘滲透效率，增加授精能力。同子宮小體一樣，輸卵管小體能夠遞送質膜Ca2+-ATP酶4(PMCA4)至精子表面，從而提升精子活力[25,26]。輸卵管小體還攜帶輸卵管特異性糖蛋白，可以增加透明帶對于蛋白水解的抗性，從而硬化透明帶，減少多精子受精[27]。然而目前對于精子通過獲得外泌體所攜帶的功能蛋白調節精子自身的成熟和生物學功能只是初步了解，這方面的研究剛剛開始，相信在未來，更多的生殖道外泌體對精子篩選的作用機制會慢慢浮出水面。

綜上所述，精子在女性生殖道中前行是一個精細篩選的過程。首先是自然解剖屏障的過濾，再到免疫清除病原體和異常精子，最后到達含有外泌體等因子的微環境被仔細挑選，每一個過程都會淘汰大量的精子，而最佳的精子才能與卵子結合。目前ART的需求與應用越來越多，技術在不斷完善和發展，但仍然存在一些問題，某些患者精液樣本在WHO標準下檢測正常，卻依然被診斷為不育。我們在ART中采用的篩選精子的方法缺乏女性生殖道自然選擇過程，可能并不能找到性能最佳的精子。而我們對體內精子篩選與清除的機制了解越多，就越能為ART提供借鑒，幫助我們選擇出性能最佳的精子。人類生殖的研究與應用是一個浩大的工程，希望相關研究越來越多，為某些不育不孕疾病查找病因和診治以及改進現行的輔助生殖技術提供有價值的信息。