课件：商学军精子能量代谢与男性不育治疗.pptx

精子能量代谢与男性不育治疗,中华男科学杂志 商学军,商学军 博士，主任医师/教授，博士生导师 中华男科学杂志主编，中国性学会男性生殖医学分会主任委员, 中华医学会男科学分会副主任委员,中国性学会性医学专业委员会副主任委员，中国中西医结合学会男科专业委员会常委，中国医师协会中西医结合医师分会男科专家委员会副主任委员，江苏省医学会男科学分会候任主任委员，南京市医学会男科学分会主任委员。 以第一作者/通讯作者发表论文70余篇，其中，SCI 收录论文15篇。主编专著2部,副主编专著20余部，主编科普书籍3部。主持国家自然科学基金等课题多项。 1997年获“南京军区优秀中青年科技人才”称号。2013年入选为江苏省第期“333高层次人才培养工程”第三层次培养对象。2013年获评“首批十大男性健康科普专家”,2013年获华夏医学科技奖二等奖。2014年入选为第一批江苏省“卫生拔尖人才”。2016年获“推动全球华人男科及性医学发展杰出贡献奖”。,线粒体 是进行物质转换与进行能量代谢的重要场所 其功能的改善对于精子发生具有重要意义,精子的活动和代谢由糖酵解和线粒体呼吸作用产生的ATP所支持。 1 mol/L的葡萄糖经糖酵解可产生2 mol/L的ATP，为精子供能。 精子的糖酵解过程不消耗氧，除了生成ATP之外，还产生大量中间产物，这些中间产物在其他代谢途径中很重要，特别是磷酸二羟基丙酮和丙酮酸。前者能减少3-磷酸甘油，它是脂类代谢中的一个重要中间产物，后者在局部进一步氧化成CO2和乙酰辅酶A。 糖类作为重要的供能物质参与精子发生。,氨基酸在生殖系统中作用广泛。精浆的组成成分来源包括睾丸、附睾以及附属性腺（前列腺、精囊、尿道球腺），精浆中含有的氨基酸种类复杂多样，为精子提供了一个合适的发育环境，并且在性交过程中保护精子不受女性生殖道酸性环境的影响。 必需氨基酸对于精子十分重要，精子的重要组成部分核酸是由必需氨基酸作为原材料合成的，补充必需氨基酸可以改善机体合成核酸的能力，从而改善人体的生精功能。,哺乳动物的精子主要利用细胞内的磷脂作为能量来源。精子在附睾移行过程中，左卡尼汀转运脂肪酸为精子供能，左卡尼汀作为能量储备，为射出精子的活跃运动提供充分的能量基础。 在精子成熟期脂质的含量与分布较未成熟期都有变化，在成熟精子中，脂质占细胞干重的10%15%，其中以磷脂为主。由于脂质是细胞膜的主要组成成分，脂质的变化可能影响精子膜的结构和组成。 因此脂质不仅为精子供能，同时在精子发生过程中参与精子的结构变化，脂质代谢紊乱易导致精子发生障碍。,在真核细胞中，线粒体参与许多重要活动。其中最主要的是通过氧化磷酸化产生ATP，为细胞生命活动提供能量；此外，线粒体还是细胞内产生活性氧（ROS）的重要部位，广泛参与和调节细胞增殖、分化、信号传导以及细胞凋亡。 线粒体也是精子内一种重要细胞器，主要功能是为精子运动提供能量。线粒体还参与精子的发生、成熟和凋亡，与男性生殖密不可分。,Int J Androl. 2012The role of mitochondria in energy production for human sperm motility.,线粒体是细胞生命活动的控制中心，是细胞内能量转换体系和供能中心，且参与一般抗氧化防御及细胞凋亡等重要生理过程的调控。 Hoffman等最早证实精子运动所需能量来自线粒体呼吸链氧化磷酸化所产生的ATP，所以各种原因导致的线粒体结构和功能改变，如精子线粒体膜电位降低，膜结构的改变，酶活性或表达量异常及线粒体DNA（mtDNA）的缺失或突变等均可导致线粒体能量合成障碍，精子活力降低。,LIU J，AMES B N. Reducing mitochondrial decay with mitochondrial nutrients to delay and treat cognitive dysfunction，Alzheimers disease，and Parkinsons diseaseJ. Nutr Neurosci，2005，8（2）：67-89 龙建纲，刘健康.线粒体营养素.肿瘤代谢与营养电子杂志，2016，3（2）：71-76.,线粒体营养素（mitochondrial nutrients）： 能够靶向性保护线粒体结构功能完整或促进线粒体功能发挥的营养素。 Liu等首次定义了线粒体营养素，认为其必须符合以下 4 个条件： 保护线粒体酶，或者通过提升酶底物和辅酶因子水平保护酶或提高酶的活性； 减少线粒体内活性氧的产生、清除自由基或抑制其活性； 诱导相酶（如谷胱甘肽巯基转移酶），加强细胞的抗氧化防御功能； 修复线粒体膜。 主要包括左卡尼汀/乙酰左卡尼汀、-硫辛酸/二氢硫辛酸、辅酶Q10、肌酸、胆碱、 磷脂、谷胱甘肽/N-半胱氨酸、丙酸、叶酸和B族维生素(B2/B3/B5/B6/B7/B12)、维生 素A/C/E以及一些微量元素（铁、铜、锌、锰）等。,左卡尼汀与男性不育,左卡尼汀是哺乳动物能量代谢中必需的一种天然存在的物质，临床适应症为防治左卡尼汀缺乏，随着左卡尼汀临床应用及研究的不断深入，其在提高精子活力、改善附睾功能、治疗男性不育方面的疗效和安全性得到了广大临床医生的认可，已经成为目前男性不育治疗领域的常用药物。,附睾组织、精浆和精子中含有体内最高浓度的游离左卡尼汀，其中附睾是精浆中游离左卡尼汀的主要来源。 附睾是精子完全成熟和贮存的场所，附睾中左卡尼汀的浓度直接影响着精子的成熟和代谢过程，与精子运动及受精能力直接相关。,精子最终在附睾中获得成熟。精子鞭毛运动的开始时间与附睾液中蓄积高浓度的游离左卡尼汀时间是平行的。 在附睾管腔中，左卡尼汀以主动转运方式通过精子质膜进入精子中，作为精子的能量贮备。 精子从附睾头部至尾部运行过程中，在左卡尼汀的参与下，膜成分和结构的改变，使精子膜保持适当的流动性。 精子在附睾运行过程中，其形态结构亦进一步变化，精子的脂质小滴逐渐向末端移动，直到最后完全脱落，此过程主要是通过脂酰卡尼汀转移酶协助完成。,在哺乳动物存在有五种左卡尼汀转运载体OCTN1,OCTN2, OCTN3,CT2和ATBo+ 。在支持细胞基底外侧膜进行的左卡尼汀摄取是通过OCTN2介导的，为左卡尼汀从全身循环通过血睾屏障进入睾丸的第一步。 左卡尼汀可调节支持细胞脂肪、糖及蛋白质的代谢。明显增加乳酸脱氢酶活性和己糖运输，显著提高生殖细胞成熟所需要的重要能量底物丙酮酸盐和乳酸盐的分泌，直接影响睾丸精子的成熟。 影响支持细胞蛋白质的合成，以及葡萄糖转运蛋白和胰岛素样生长因子结合蛋白等特殊蛋白的表达。,精液中过多的ROS与精子活力低下、精子DNA损伤、精卵融合和受精能力下降有关。 精液ROS与精子功能缺陷呈正相关性 自然妊娠率与ROS呈负相关性 左卡尼汀作为一种有效的抗氧化物质，可阻止ROS产生及清除ROS，保护精子免遭氧化损伤。 通过调节乙酰CoA/CoA比值发挥线粒体保护剂作用，同时通过去除酰基CoA减少细胞凋亡，调节膜通透性，减少线粒体呼吸链氧化代谢过程中产生过多的ROS，进一步避免ROS介导的细胞凋亡。,治疗少弱精子症 治疗畸形精子症 治疗精子DNA结构与功能异常所致不育 治疗精索静脉曲张所致不育 治疗生殖道炎症所致不育 在辅助生殖技术中的应用,硫辛酸与男性不育,硫辛酸 (lipoic acid，LA) 是一种二硫化合物，化学名称为1，2-二硫戊环-3-戊酸，分子式为C8H14O2S2。LA及其还原型产物二氢硫辛酸（DHLA）作为线粒体中丙酮酸脱氢酶和- 酮戊二酸脱氢酶的辅酶，在细胞内参与三羧酸循环能量代谢和氧化抗氧化中发挥重要作用。,LA链形结构的一端是半胱氨酸，另一端是羟基酸，加上分子质量的作用，这赋予LA较好的水溶性和脂溶性：LA的相对分子质量比VitC大，含有更多的碳原子，因而较VitC更具脂溶性；与脂溶性VitE相比，硫辛酸的相对分子质量较小，且分子的终端为羧基，这使得LA比VitE更具有水溶性。 所以LA可以自由在细胞的脂溶性和水溶性部分进出，大大的提升了其捕捉自由基，抑制氧化损伤的能力。LA是目前已知的为数不多的能同时在脂溶性和水溶性环境中都发挥抗氧化性能的物质，被医学界誉为“万能抗氧化剂”。,Packer教授提出的“网络抗氧化”新理论显示，机体的抗氧化功能主要由维生素C（VitC）、维生素E（VitE）、辅酶Q10 (CoQ10)、谷胱甘肽(GSH)和硫辛酸（LA）五种抗氧化剂完成，五种抗氧化剂有机地构成一个完整的协作化的抗氧化防御的系统。 LA是唯一能够使该网络中所有的抗氧化剂都再生为还原型抗氧化剂的物质。DHLA和 LA的氧化还原作用激活了生物体内其他抗氧剂的代谢循环，形成独特的生物抗氧化剂再生循环网络，维持机体正常的抗氧剂水平，共同发挥生物抗氧化作用，因此，LA可称是“抗氧化剂中的抗氧化剂”。,PACKER L， KRAEMER K， RIMBACH G. Molecular aspects of lipoic acid in the prevention of diabetes complicationsJ. Nutrition，2001，17（10）：888-895.,LA是三羧酸循环中的两个重要酶系，丙酮酸脱氢酶复合物和a-酮戊二酸脱氢酶复合物的辅酶，在能量代谢中发挥重要作用。 （1）LA通过酰胺键与赖氨酸残基共价结合成硫辛酰胺，作为丙酮酸脱氢酶复合物的核心酶的辅酶，参与转酰基，将生成的丙酮酸氧化脱羧为乙酰CoA，生成FADH进入三羧酸循环。 （2）硫辛酸作为a-酮戊二酸脱氢酶复合物中的核心酶的辅酶，功能为将琥珀酰基转移给CoA，形成琥珀酰CoA。反应过程中，LA和DHLA作为氧化还原对，将电子从脱氢酶系的底物转移给NAD+，实现电子传递。,LA的作用机制： 1.抗氧化作用； 2.再生其它抗氧化剂； 3.螯合金属离子（尤其是重金属）； 4.调控能量代谢（主要在线粒体）； 5.参与信号调节，调控基因转录；,张国巍，刘 玮，商学军.硫辛酸在男性生殖中的研究进展.中华男科学杂志，2017，23(1):8286.,在男性生殖中的研究进展： 1.特发性弱精子症； 2.糖尿病合并 ED 和不育； 3.严重感染所致的生殖功能紊乱（免疫反应、氧化应激等）； 4.化疗药物（环磷酰胺、多柔比星、顺铂等）、电离辐射所致的生殖损伤； 5.环境有害物所致的生殖损伤（环境雌激素、石油化工毒物、杀虫剂等）； 6.睾丸缺血再灌注及剧烈运动所致的生殖损伤； 7.精子冻融损伤；,张国巍，刘 玮，商学军.硫辛酸在男性生殖中的研究进展.中华男科学杂志，2017，23(1):8286.,2019/8/31,27,可编辑,Fertil Steril 2015;104:31824.,Hossein KH,Fatemeh H,Javad M,et al.Randomized, triple-blind,placebo-controlled clinical trial examining the effects of alpha-lipoic acid supplement on the spermatogram and seminal oxidative stress in infertile men.Fertil Steri,2015,104:318-324.,alpha-lipoic acid 600mg/d 或 placebo ，12 weeks idiopathic asthenozoospermia （特发性弱精子症患者） 检测分析精子质量参数和精浆TAC与MDA水平,共评估患者105例,随机对照48例,排除35例 不符合纳入标准22例,硫辛酸治疗组24例,对照组24例,失访1人,失访3人,分析23人,分析21人,结果总结： AL（600mg/d,12w）干预组患者的总精子计数, 精子浓度和活力, 显著高于对照组和基线值;精浆总抗氧化能力（TAC）与MDA则显著高于对照组。 但是两组间精液量，正常精子形态百分率和精子存活率并无统计学差异。,辅酶Q10与男性不育,辅酶Q10是生物体内广泛存在的一类脂溶性醌类物质，在线粒体呼吸链中起重要作用，它能够参与氧化磷酸化及ATP的生成过程，可作为细胞代谢和细胞呼吸的激活剂。 辅酶Q10可用于多种衰老性疾病的辅助治疗，一项来自哈佛大学营养学系及麻省总医院的研究显示，相较于临床试验中能够对精子活力起到改善作用的辅酶Q10的使用剂量（高于大部分其他疾病使用剂量），辅酶Q10的平均膳食摄入量还不到其十分之一，仅仅通过食物来摄入辅酶Q10不足以改善精液参数。因此，我们需要外源性补充辅酶Q10来（辅助）治疗男性不育。,1、食品工业科技. 2014辅酶Q10生理功能及应用研究进展 2、Urology. 2017 Coenzyme Q10 Intake From Food and Semen Parameters in a Subfertile Population.,辅酶Q10对线粒体生物能学的改善作用及其抗氧化功能构成其临床应用的基础。辅酶Q10能促进精子线粒体中能量产生，中和产生的活性氧；也有国外学者发现，特发性男性不育患者的精子细胞表现出低水平的辅酶Q10，并且精子细胞和精浆中还原型辅酶Q10与氧化型辅酶Q10的比值显著低于健康男性。,参考来源：重庆医学. 2016辅酶Q10在特发性男性不育中作用的研究进展,国外一项RCT研究指出，将228名特发性不育男性随机分两组，每日口服200mg还原型辅酶Q10（泛醇）或安慰剂，服用26周，结果发现泛醇可显著提高/改善精子密度（增加71%）、精子活力（提高41%）和精子形态（改善19%），同时可降低患者FSH，升高抑制素；各项指标的改善与泛醇治疗的时间成正相关；药物洗脱三个月后，各项指标逐渐恢复至基线，但精子密度与活力依然与对照组呈现统计学差异。,参考来源： J Urol. 2012Effects of the Reduced Form of Coenzyme Q10 (Ubiquinol) on Semen Parameters in Men with Idiopathic Infertility: a Double-Blind, Placebo Controlled, Randomized Study.,参考来源： 1、 Nephrourol Mon. 2014Ubiquinol effect on sperm parameters in subfertile men who have astheno-teratozoospermia with normal sperm concentration. 2、 J Clin Diagn Res. 2015Effect of Ubiquinol Therapy on Sperm Parameters and Serum Testosterone Levels in Oligoasthenozoospermic infertile men,有研究指出， 62名精子浓度正常的已婚（至少1年）特发性不育症男性（不明病因精子弱、畸且精子浓度大于13106/mL）每日2次，每次服用100mg还原型辅酶Q10（泛醇），服用6个月，结果发现，泛醇治疗后精子形态、精子活力的改变具有统计显著性（P0.001）。 另有研究指出，还原型辅酶Q10（泛醇）（150mg泛醇/天，6个月）治疗期间，患者睾酮水平维持在正常范围，同时精子鞭毛形态得到改善。,肌醇与男性不育,肌醇 中文别名：肌糖；环己六醇；纤维醇（肌糖） 肌醇广泛分布在动物和植物体内，是动物、微生物的生长因子。最早从心肌和肝脏中分离得到。环己六醇在自然界存在有多个顺、反异构体，天然存在的异构体为顺-1，2，3，5-反-4，6-环己六醇。 降低胆固醇；促进健康毛发的生长，防止脱发；预防湿疹；帮助体内脂肪的再分配（重新分布）；有镇静作用。肌醇和胆法素一起结合，制成卵黄素。肌醇在供给脑细胞营养上，扮演重要的角色。有代谢脂肪和胆固醇的作用、降低胆固醇，有助预防动脉硬化。帮助清除肝脏的脂肪。促进健康毛发的生长，防止脱发、防止湿疹。,肌 醇,Montanino等研究发现，嘱伴有代谢综合征的弱精子症患者每日2次服用1 g肌醇 + 30 mg左卡尼汀/L-精氨酸/维生素E + 55 g硒 + 200 g叶酸，经过3个月的治疗，患者精子浓度、活力以及形态明显改善（P0.001），E2和性激素结合球蛋白浓度明显下降（P0.01，P0.001），LH、游离睾酮、总睾酮浓度明显增加（P0.01，P0.001，P0.02）。因此，每日联合用药能够改善伴有代谢综合征的弱精子症患者的精子情况。 Colone等研究发现肌醇能够降低精子线粒体产生的ROS，改变游离铁离子的浓度、修复缺损的氧化呼吸链，恢复线粒体正常功能。,目前国内对于肌醇与男性不育的关系研究甚少,复方氨基酸与男性不育,氨基酸改善精子质量的机制包括：调控精子细胞信号转导、DNA合成，为精子提供能量，降低脂质过氧化反应，增强生殖系统抗感染的能力等多方面。 蛋白质水解生成的天然氨基酸有20种，根据人体自身能否合成并且合成速度能否满足人体需要，将氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸，无论是必需氨基酸和非必需氨基酸都是体内精子发生所必需的物质。,精氨酸与男性不育密切相关： 1.参与精子的形成，精氨酸是精子各种核蛋白的基本成分； 2.精氨酸是合成NO的前体，NO参与精子代谢、获能以及顶体反应有关，而过多的NO能够产生大量的cGMP，反而抑制男性精子的活力； 3.精氨酸在肌酸的合成过程中具有重要作用，精子尾部中段线粒体部位磷酸肌酸的穿梭作用为精子的运动提供能量； 4.精氨酸可以降低脂质过氧化反应的程度； 5.精氨酸可以激发糖酵解的活性，提高精子的发生和代谢水平； 6.精氨酸是一种潜在的促分泌物质，具有免疫刺激特性，能够增强生殖系统抗感染的能力。,男性不育可能与赖氨酸的乙酰化有关。蛋白质赖氨酸位点乙酰化能够调节蛋白酶体降解核组蛋白和轴丝微管结构，并且这些改变可能与精子活力下降有关。Yu 等研究精子当中不同蛋白的赖氨酸位点的乙酰化，发现赖氨酸乙酰化广泛存在于精子细胞的各种蛋白中，与精子获能、精卵融合、顶体反应、受孕等过程有密切联系。赖氨酸乙酰化可能发展成为临床上诊断精子异常的一个生化指标，也有望通过调节赖氨酸的乙酰化来治疗畸形精子症、少弱精子症等疾病。,Yu H, Diao H, Wang C, et al. Acetylproteomic analysis reveals functional implications of lysine acetylation in human spermatozoa (sperm). Mol Cell Proteomics, 2015, 14(4): 1009-1023.,此外赖氨酸与甲硫氨酸是体内合成左卡尼汀的原料，肉碱在精子脂肪酸代谢中起着重要作用，是精子脂肪酸代谢的必需辅助因子，能够以脂酰肉碱的形式将长链脂肪酸从线粒体膜外运送至线粒体膜内进行-氧化，为精子供能。,精子运动的调节因素有很多，包括cAMP、钙和细胞内pH值，氨基酸也是精子能够正常运动的一个必要的条件，其中酪氨酸与精子运动能力有关。精子尾部和头部含有丰富的酪氨酸，磷酸化的酪氨酸与精子获能、精卵结合密切相关。酪氨酸磷酸化蛋白定位在精子尾部，通过改变酪氨酸磷酸化酶的活性，能够增加精子能量代谢，使其活力增强。 Yunes等对比弱精子症与精子正常患者的精液样本，发现精子在成熟的过程中，尾部的酪氨酸磷酸化不断增加，尤其正常精子组更加明显；而弱精子症患者的精子活力与磷酸化的酪氨酸含量都要低于正常患者。而酪氨酸的磷酸化不足，则可能导致不育的发生。Nixon等通过药物抑制了sAC发现酪氨酸磷酸化作用减少，cAMP含量降低，导致小鼠不育。,1 Yunes R，Doncel GF，Acosta AA. Incidence of sperm-tail tyrosine phosphorylation and hyperactivated motility in normozoospermic and asthenozoospermic human sperm samples. Biocell，2003，27(1)：29-36. 2 Nixon B，Bielanowicz A，Anderson AL，et al. Elucidation of the signaling pathways that underpin capacitation-associated surface phosphotyrosine expression in mouse spermatozoa. J Cell Physiol，2010：71-83.,近年来，大量研究证实