睪丸免疫防御機制與新冠病毒是否損傷男性生殖力的思考

朱偉杰

（暨南大學生命科學技術學院生殖免疫研究所，廣東廣州510632）

新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2；簡稱“新冠病毒”）感染引起的新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19），已嚴重危害人類身體健康。該病毒是否損害男性生殖力近期受到研究重視，但目前認識尚在初始階段。

男性生殖的前提是睪丸具有正常結構與功能。睪丸在下丘腦-垂體-睪丸內分泌軸調控下，產生精子和分泌雄激素，這些生殖生理過程存在著復雜的免疫學機制，從而保障了精子發生與雄激素合成的順利進行。新冠病毒能否侵害睪丸功能，以何種機制損傷男性生殖力，尚待深入研究。睪丸若被新冠病毒損傷，推測其機制可能與睪丸免疫損傷有關。本文結合睪丸免疫防御機制原理和病毒可能損傷睪丸的分子基礎，闡述作者對新冠病毒感染是否損傷男性生殖力的思考和見解，以期為充分認識新冠病毒感染與男性生殖力損傷的相互關系提供參考。

1 新冠病毒可能損傷睪丸的分子基礎

新冠病毒是一種正鏈RNA 病毒，由4 種結構蛋白組成，包括結合基因組RNA 形成核衣殼（nucleocapsid，N）的N 蛋白，參與包膜（envelope，E）形成的E 蛋白和膜（membrance，M）蛋白，以及位于包膜表面形成刺狀突起的刺突（spike，S）蛋白。在病毒與宿主細胞相互作用的過程中，S 蛋白被宿主細胞的蛋白酶裂解為S1 和S2 兩個亞基:S1 具有受體結合活性，通過亞基內的受體結合域（receptor binding domain，RBD），使病毒識別、結合于宿主細胞表面的特定受體；S2 含有融合肽段（fusion peptide，FP），使宿主細胞膜與病毒膜發生融合，導致病毒基因組RNA通過細胞的內吞作用進入宿主細胞［1-3］。肺、心、腎臟內皮細胞和（或）上皮細胞等的細胞膜表達可被新冠病毒結合的功能性受體——血管緊張素轉換酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2），但宿主細胞僅有ACE2并不足以發生病毒感染，在不同的組織還需有其他的病毒受體或“共受體”的協助，才能介導病毒侵入細胞［4-5］。在病毒侵襲的細胞，是否發生感染還取決于細胞膜上是否存在跨膜絲氨酸蛋白酶2（transmembrane serine protease 2，TMPRSS2），這種酶可活化S蛋白，介導病毒進入宿主細胞［6-7］。

人睪丸曲細精管內的支持細胞（Sertoli cells）和精原細胞，以及間質區的間質細胞（Leydig cells）均表達ACE2，表明睪丸組織普遍存在新冠病毒的受體；支持細胞高水平表達ACE2，而早期精母細胞、晚期精母細胞和精子細胞則表達非常低水平的ACE2［8-9］。在睪丸的不同細胞類群，TMPRSS2和ACE2基因的表達模式不同，支持細胞的ACE2基因表達最高，而TMPRSS2基因表達水平很低，間質細胞也有TMPRSS2基因表達［10］。此外，與COIVD-19相關的BSG、CTSL和CTSB基因在不同發育階段的生精細胞和間質細胞也有不同程度表達［10］。因此，人睪丸內的生精細胞和體細胞均有新冠病毒結合的物質基礎，即睪丸存在新冠病毒感染的潛在風險。但新冠病毒是否損傷睪丸，可能以何種機制侵入睪丸細胞，目前尚未有確切認識。

2 睪丸的免疫防御機制

睪丸是免疫豁免器官，具有多重局部免疫防御機制，體現在組織、細胞和分子水平的多層次免疫保護功能。睪丸組織和多種睪丸細胞類群以各自的方式參與免疫調節，維持著睪丸的免疫豁免狀態，避免了睪丸抗原自身免疫或免疫損傷的發生［11-13］。

2.1 睪丸血-睪屏障（blood-testis barrier） 睪丸曲細精管內相鄰支持細胞之間，在靠近基底的細胞膜，彼此接觸形成環形帶狀的緊密連接，此結構稱為血-睪屏障［12-13］。血-睪屏障具有生理學的隔離效果，將曲細精管生精上皮不同發育和分化階段的生精細胞及精子與機體血循環分隔，阻止了睪丸間質組織內血管滲出的免疫活性物質進入曲細精管生精上皮，同時也限制了生精細胞特異性抗原成分從曲細精管滲出進入睪丸間質［14］。因此，血-睪屏障構成了免疫屏障。

睪丸曲細精管內精原細胞和支持細胞表達ACE2 和 TMPRSS2［8-10］，表明曲細精管生精上皮存在新冠病毒損傷的潛在風險。但是，睪丸曲細精管內沒有血管，新冠病毒不能借助于血循環直接到達曲細精管內與ACE2結合，而且病毒若是曲細精管外來源，血-睪屏障的免疫隔離及睪丸的多種局部免疫防御機制也會發揮相應作用。曾有研究報道，SARS 冠狀病毒（SARS-CoV）可引起睪丸炎［15］。然而對死亡原因為SARS-CoV感染的尸檢睪丸組織測試，未檢出睪丸組織存在SARS-CoV［16］；對新冠病毒感染者的精液和睪丸組織測試，也沒有檢出新冠病毒［17］。因此，雖然睪丸曲細精管內存在新冠病毒結合的物質基礎，但病毒在什么條件下才可能損傷曲細精管尚需深入研究。類似地，睪丸曲細精管有大量的生精細胞及精子，即有豐富的精子抗原，但一般損傷并不導致抗精子抗體產生，例如睪丸組織活檢和睪丸取精，盡管損傷了血-睪屏障，并沒有造成抗精子抗體水平改變［18］。

2.2 睪丸巨噬細胞（testicular macrophages）的局部免疫防御 睪丸間質含有豐富的毛細血管和毛細淋巴管，細胞成分包括大量的間質細胞和豐富的睪丸巨噬細胞等。在正常生理狀態下，睪丸巨噬細胞行使吞噬間質內細胞降解成分的功能，也能吞噬曲細精管漏出的抗原成分，從功能上起著監視和加強血-睪屏障的作用［19］。假如新冠病毒借助于血循環到達睪丸間質并滲出血管，則會與睪丸巨噬細胞遭遇。睪丸巨噬細胞是睪丸間質防止血管滲出的病原體侵入的第一道免疫屏障，通過引起炎癥反應和抗菌反應來清除病原體。

睪丸巨噬細胞常位于間質細胞附近，與間質細胞的比例為1∶10～1∶50，通過胞質與間質細胞相接觸，以旁分泌細胞因子的方式調節間質細胞的雄激素合成［14］。睪丸巨噬細胞是正常和炎癥睪丸內主要的抗原呈遞細胞，在激活宿主免疫系統中發揮重要作用。在對抗入侵睪丸的病原體時，活化的巨噬細胞數量迅速增多，并分泌抗炎細胞因子（IL-10 和TGF-β）和促炎細胞因子（IL-12 和TNF-α），以清除病原微生物［19］。新冠病毒若出現在間質，會被睪丸巨噬細胞識別并引發炎癥反應。睪丸巨噬細胞在什么條件下不能充分應答炎癥刺激，無法清除新冠病毒，以致發展為嚴重睪丸炎等造成睪丸結構與功能不可逆損傷，尚需進一步研究。

2.3 支持細胞的局部免疫防御 支持細胞通過其旺盛和復雜的合成分泌功能，支持、營養各級發育階段的生精細胞，與此同時，支持細胞除了形成血-睪屏障之外，還分泌多種細胞因子和前列腺素類分子，抑制炎癥的發生，參與睪丸局部免疫調節［20-22］。

支持細胞分泌的IL-1 誘導胞內表達IL-6，參與生精細胞發育和睪丸炎癥反應的調節，IL-6 與IL-1兩者有協同和相加的作用［21-22］。支持細胞還分泌干擾素α（interferon-α，IFN-α）和α2-巨球蛋白，這兩種細胞因子對生精細胞增殖及與間質免疫細胞的調節起作用［21-22］。支持細胞表達可被新冠病毒結合的ACE2［8-10］，存在新冠病毒攻擊的潛在靶點。支持細胞若被新冠病毒侵襲，意味著睪丸多重局部免疫防御均失敗，曲細精管生精上皮會嚴重受損，其損傷是不可逆，這種情況在什么條件下發生，尚需深入研究。

2.4 管周細胞（peritubular cells）的局部免疫防御管周細胞是曲細精管壁的主要細胞，分泌多種細胞因子和細胞外間質成分，對間質細胞和支持細胞的生理活動有旁分泌調節作用，而且與支持細胞共同形成細胞外基質，維護血-睪屏障的完整性［23］。管周細胞能夠分泌 IL-6、IL-8、TGF-β 等參與局部免疫調節，對病毒會顯示強抵抗反應［24-25］。管周細胞是否表達ACE2，目前未有研究報道。若新冠病毒侵犯到曲細精管，則意味著管周細胞無論有無ACE2都已經受損，血-睪屏障已被破壞，后果可能會激起精子抗原介導的免疫反應。

2.5 間質細胞的局部免疫防御 對間質細胞的經典認識是產生雄激素的場所，實際上，間質細胞具有抗病毒作用［26］。另一方面，間質細胞是睪丸間質區數量最多的細胞，假如病毒在睪丸蔓延，很可能先以間質細胞為宿主細胞。間質細胞表達ACE2［8-9］，具有新冠病毒結合的基礎，而且有些病毒如腮腺病毒是以間質細胞為宿主大量復制的。因此，間質細胞若被新冠病毒感染，則雄激素合成減少，間質細胞還可能成為病毒在睪丸內復制的主要宿主細胞。

總之，睪丸的多種細胞類群存在新冠病毒結合的物質基礎，但睪丸也存在抵抗病毒入侵的多重局部免疫防御機制。新冠病毒若直接損傷睪丸，筆者推測至少涉及:（1）通過血循環到達睪丸的病毒量很大；（2）病毒能在睪丸宿主細胞大量復制；（3）病毒大量、持續地刺激睪丸免疫系統；（4）睪丸免疫防御機制失平衡或受到破壞。一旦存在上述方面異常，以及尚未闡明的新冠病毒侵害睪丸機制，就有可能發生病毒導致的睪丸免疫損傷。

3 加強新冠病毒感染與男性生殖力損傷的研究

新冠病毒對人類社會和身體健康將造成持久的嚴重影響，很有必要切實認識病毒感染與男性生殖力損傷的相互關系。結合睪丸生理與局部免疫防御特點，以及新冠病毒感染與男性生殖力損傷的研究現狀，開展新冠病毒感染與男性生殖力損傷的研究，應在以下方面做深入探索。

3.1 闡明病毒對男性生殖力是直接或是間接損傷，或是兩者兼有 男性生殖力降低是機體生殖生理狀況的綜合體現。機體內分泌、神經、免疫等多個系統，可以通過多途徑、多機制直接和（或）間接損傷生殖系統，導致男性生殖力降低，甚至不育。有條件的實驗室，應研究新冠病毒對睪丸結構與功能是直接或是間接損傷，或是兩者兼有。睪丸曲細精管內不含有毛細血管，病毒不能借助于血循環直接到達曲細精管。曲細精管生精上皮若受損，應闡明病毒是否結合于生精細胞，或是間質區的細胞類群損傷而間接導致生精細胞損傷。須注意的是，精液中或精子表面檢出病毒，不能由此推論病毒一定存在于睪丸，病毒存在多種可能來源（例如，直接源于睪丸；病毒僅存在于精漿，來源于附屬性腺；從生殖管道某一部位的血管進入，混入精漿，如血精癥；性器官接觸來源等），這些來源都有各自不同的特征。深入研究病毒出現在精液或精子的路徑，有助于認識病毒對睪丸是直接或是間接損傷。

3.2 開展大標本量的分析 目前新冠病毒感染與男性生殖力損傷的有限研究，獲得了有價值的結果，但尚不能形成一致的認識。類似地，睪丸存在豐富的精子抗原，檢測100 例甚至更多的精子標本，即使檢測的抗精子抗體結果都是陰性，也不能下男性不會產生抗f精子抗體的定論，在某種條件下，有些男性可檢出抗精子抗體陽性［18］。大標本量分析可能獲得新冠病毒損傷睪丸的直接證據，畢竟睪丸多種細胞類群存在可與病毒結合的 ACE2 和 TMPRSS2［8-10］。另一方面，即使一定數量標本的檢測結果為陰性，推導結論亦須慎重，畢竟病毒介導睪丸損傷的條件尚不清楚。應重視相關患者睪丸損傷條件的研究，以利于預防和治療。

3.3 病毒可能引發的睪丸免疫反應 新冠病毒若侵犯睪丸，必定激起睪丸免疫應答，首先會發生細胞免疫反應，需充分認識新冠病毒引發睪丸細胞免疫反應的特征，謹慎評價睪丸免疫損傷（免疫病理）的證據。正常情況下，睪丸間質不存在（或極少）B淋巴細胞，但不能排除病毒通過某種途徑激起了體液免疫反應，產生了抗某種睪丸抗原的抗體，導致睪丸免疫損傷。若病毒損害了曲細精管，令精子抗原暴露于機體免疫系統，有可能產生抗精子抗體，這是睪丸損傷的直接證據之一（需排除附睪損傷）。因此，應重視病毒與睪丸細胞免疫反應的關系，并注意病毒引起體液免疫反應的可能性。

3.4 在血液和精液中篩選睪丸免疫損傷的標志物 有條件的實驗室，利用睪丸組織分析新冠病毒介導免疫損傷的同時，應在血液和精液中，篩選睪丸免疫損傷的標志物。有些病毒感染睪丸后，精液中會出現一些特別產物或成分。須注意的是，精液中的標志物要分辨出是源自睪丸、附睪，還是源于附屬性腺，這也是評估睪丸是被直接或是間接損傷的機制之一。

3.5 病毒對精子遺傳物質的影響 男性生殖力損傷可以反映在精液和精子參數降低，以及精子功能減弱，但須深入認識新冠病毒是否介導了精子核內分子、染色質和DNA 損傷，甚至造成父本基因組變化。精子遺傳物質的損傷是不可逆的，能夠造成男性不育、配偶流產、畸胎等異常生殖結局，這方面的研究有助于認識新冠病毒損傷男性生殖力的本質。

3.6 病毒通過精子發生垂直傳播的可能性 新冠病毒是否通過母嬰傳播目前受到研究重視。同樣地，須加強新冠病毒是否通過精子發生垂直傳播的研究。精原細胞含有ACE2［9］，假如新冠病毒感染精原細胞，后續的細胞發育可能中止并導致細胞死亡，但危險的是病毒若以某種形式整合在精原細胞，而細胞仍然繼續發育、分化為精子，這樣就增大了病毒通過精子發生垂直傳播的可能性。

3.7 病毒損傷睪丸的可逆性 有些病毒損傷睪丸結構與功能是不可逆的，例如巨細胞病毒（cytomegalovirus）、腮腺炎病毒（mumps virus）等損傷睪丸（本實驗室未發表資料）。若闡明新冠病毒對睪丸結構與功能的損傷是不可逆的，應重視有病毒感染史、且有生育意愿男性的生育力保存宣教及其精子冷凍保存［27］。

3.8 男性生殖力影響的長期觀察 新冠病毒將會長期存在，病毒對男性生殖力影響也將是持久的。新冠病毒暴發、蔓延僅幾個月，目前對病毒是否影響男性生殖力尚知之甚少。新冠病毒感染的治愈者，體內產生了相應的抗體，抗體若長期存在，是否與生殖系統非靶標的交叉抗原發生免疫反應，這個問題現在就要重視。有可能的話，應篩選合適病例，對有病毒感染史的育齡男性做生殖力影響的長期觀察。

3.9 疫苗對男性生殖系統的安全性 新冠病毒疫苗的研制正在積極進行，目前研發的疫苗包括滅活病毒疫苗、基因工程亞單位疫苗、重組病毒載體疫苗、核酸疫苗等，通過產生針對病毒（刺突蛋白）的特異性抗體，達到滅活病毒、病毒RNA 或DNA 的目的。應用疫苗防病、治病的同時，所誘發抗體是否對生殖系統結構與功能存在負效應，也是必須重視的問題［28-29］。此外，還要考慮疫苗的可逆性，以備接受了疫苗、過后有生育需求者，能為他們提供中止疫苗效能的措施，從而提高生殖安全性。

4 結語

新冠病毒感染與男性生殖力損傷的相互關系，是一個全新的研究領域。應開展新冠病毒感染與男性生殖力相關的各方面研究，尤其要充分闡明病毒是否直接損傷睪丸。目前的研究顯示了睪丸存在病毒可與之結合的分子基礎，也有幾項新冠病毒感染與精液、睪丸、生殖激素檢測的初步報道，但形成廣泛認同的定論尚需時日，也可能日后存在多種觀點和見解。筆者的思考認為，新冠病毒若發生對睪丸直接損傷是有條件的，類似于睪丸發生精子免疫是在某些條件下才會產生抗精子抗體，這些條件會體現出睪丸發生感染的獨特性；新冠病毒若損傷睪丸，直接證據之一在睪丸免疫損傷（免疫病理，抗睪丸細胞或精子抗體），睪丸局部免疫防御機制會受到嚴重破壞。更多臨床標本的分析、各類試驗技術的應用、有效動物模型的建立，將會揭示出新冠病毒感染與男性生殖力損傷的本質。