【大咖综述】精子形态学之无头精子、短尾精子......-搜狐

　　圆头精子

　　圆头精子症是一种罕见的精子头部缺陷，系以精子顶体异常为主要特征的不育综合征，在男性不育患者中发生率＜0.1%［4］。光镜下精子头部呈圆形、顶体结构异常或缺如、无顶体后致密带。长宽之比在1.00~1.12之间，头部可有大、中、小之分。在瑞-姬染色中，头核显示深蓝色、充实、浓染，并且显示一系列的凋亡特征（图3-图4）。电镜下可见精子头部圆润，无顶体结构，核周围有一层均匀的单位膜，核染色质均质状，尾部的线粒体和微管排列也紊乱（图5）。1971年Battaglia 等首先对圆头精子症进行了描述。其形态特征主要包括顶体畸形（严重病例大多数顶体缺如）、异常形态精子核以及异常的精子线粒体排列。免疫组织化学研究显示，圆头精子缺乏顶体蛋白，如：顶体酶、顶体外膜抗原、顶体酶抑制剂［5］。患者精液中圆头精子数量增多，提示其发生可能与遗传因素或环境因素有关。

图3圆头精子（圆头固缩）

图4圆头精子（头核固缩）

图5圆头精子（扫描电镜）

　　Singh ［6］将圆头精子分为两种类型: Ⅰ型较为严重，完全没有顶体和顶体酶; Ⅱ型保留残余顶体或伴有其他类型精子形态异常。Kalahanis 等［7］研究显示，不育男性精液中圆头精子比例（2.3±0.5）%显著高于生育男性（0.5±0.1）%，提示随着男性精液中圆头精子比例增加，不育概率也增加。研究发现，圆头精子症患者与正常男性相比，精子头部凋亡率、DNA 碎片及一些特异性的染色体的非整倍性更加明显，特别在某些基因上更易发生突变和缺失。

　　关于圆头精子症的发病机制及病因尚不清楚。过去主要集中在圆头精子症相关致病基因的研究，包括精子发生相关基因16( SPATA16) 、蛋白激酶 C1( PICK1) 、 GOPC、 HIV1 转动结合蛋白( Hrb) 、酪蛋白激酶Ⅱα2 亚基 ( Csnk2a2) 和 bs 基因等。最新研究表明，一种编码跨膜结构域蛋白的基因 DPY19L2 ( dpy19like 2) 的纯合缺失是导致不育男性产生圆头无顶体精子的主要原因。吴秋月等［8］研究表明， DPY19L2 基因特异性位点的突变影响一些保守氨基酸的物理化学性质，使得 DPY19L2 蛋白不能发挥正常的功能，影响了精子顶体的形成。另有研究报道［9、10］，利用 DPY19L2 敲除的大鼠动物模型，证明了缺乏 DPY19L2 基因会导致核致密层以及 acroplaxome 和核膜之间的连接不稳定，使得顶体与精子尾管不能与核相连接，进而导致囊泡不能正常运输，精子核不能成型，最终精子顶体不能形成; 相反的，在正常男性中，不存在 DPY19L2 基因的纯合缺失，这些共同证明了 DPY19L2 基因的纯合缺失是导致圆头精子症的一个重要原因。除上述基因外，另有雄激素受体基因(AR)、鱼精蛋白1基因(PRM1)、β-葡糖苷酶 2 基因(GBA2)、丝氨酸蛋白酶抑制剂基因(PCI) 及环磷酸腺苷反应元件调节物基因(CREM)等基因与圆头精子的发生密切相关［11］。

　　由于圆头精子缺乏顶体酶，无论在体内或体外都不易自主与卵细胞受精，其借助ICSI技术是孕育下一代的唯一途径，但其受精率较低。

　　短尾精子

　　精子尾部结构异常和功能缺失是导致精子活力低下的重要原因之一（图6~图7）。精液中精子100%不活动或活力较差，镜下见大量短尾精子，通过伊红或伊红-苯胺黑染色证实为大比例活体精子时，则要考虑精子鞭毛结构缺陷的可能，通过透射电镜可明确诊断。Chemes 研究发现具有相似精子鞭毛结构异常的5个病例，表现为严重的精子运动障碍和形态异常，超微结构显示精子纤维鞘及轴丝组装异常，命名为纤维鞘发育不良(DFS)［12］。DFS 患者精液中 95% ～ 100% 精子不活动，光镜或扫描电镜观察精子呈短、粗和不规则尾，透射电镜下见纤维鞘大量紊乱地围绕着不同程度变形的轴丝，无正常的纵柱和肋柱结构，或伴有中心微管及动力蛋白臂缺失;中段线粒体缺失以及致密纤维的组装异常，提示 DFS 是精子形成过程中整个精子鞭毛的发育不良［13］.

图6短尾精子

图7短尾精子

　　DFS是常染色体隐性遗传病，其遗传学病因尚未明确。资料显示［14］，精细胞特定硫氧还蛋白基因(Sptrx)、A 激酶锚定蛋白 3 基因(AKAP3) 、 A 激酶锚定蛋白 4 基因(AKAP4)的突变与精子纤维鞘组装异常密切相关。曹兴午［15］研究发现，短尾精子在农药接触者的精液中出现比率较高，提示DFS在遗传学基础上可能包含环境因素的共同作用。

　　原发性纤毛运动障碍（PCD）是另一种严重弱精子症的常染色体隐性遗传病，与DFS均表现为精子运动障碍或无活动精子。但区别在于PCD光镜下精子形态大致正常，而DFS表现为短尾精子。同时PCD常伴有反复的呼吸系统病变，如支气管炎、慢性鼻炎或鼻道炎等。研究发现［16］，DNAJB13基因突变是PCD致病的遗传因素之一，DNAJB13对鞭毛和精子尾部轴丝的形成和功能发挥重要的调控功能。

　　DFS由于严重的精子运动障碍和形态异常，尚无自然妊娠的报告，DFS 不影响ICSI的受精率和临床妊娠率，但子代遗传风险值得关注。

　　热效应精子

　　男性睾丸之所以悬挂在体外，就是为了维持较低的温度，以保证精子的正常发生和成熟。阴囊具有易收缩和伸展的特点，承担了调节睾丸温度的重任，使得睾丸温度比身体核心温度低2℃～8℃。阴囊的温度调节功能是有一定限度的, 当温度的变化超出调节范围时 , 睾丸的生理功能就不可避免地受到影响，由生理性改变向病理性发展。

　　睾丸温度升高可导致精子浓度下降、活力降低及畸形率升高。任何职业的热暴露、基础疾患及不良的生活习惯等都可能引起睾丸温度的升高，且温度越高，持续的时间越长，对睾丸的生殖功能影响越大。职业性热辐射包括锅炉工、电焊工、厨师等因长期在热环境下工作，受热辐射影响使阴囊温度升高进而引起精液质量下降。临床上精索静脉曲张和隐睾的患者生育力下降或不育都与睾丸温度升高有一定的关系。有研究者报道, 精索静脉曲张患者存在睾丸温度升高现象 , 并认为精索静脉曲张是睾丸升温的直接原因, 且温度越高精液质量越差。隐睾患者因睾丸未下降入阴囊不能受益于阴囊的温度调节体系，使睾丸温度升高 , 睾丸内生精细胞凋亡明显增加［17］。蒸汽浴、泡温泉、穿紧身裤、长时间久坐等不良的生活习惯也会引起阴囊局部温度升高，进而影响睾丸的生殖功能。

　　高温会引起睾丸内环境、传导、代谢及生化的改变，如氧耗增加，酶活性及通透性改变等，最终导致支持细胞变性，各级生精细胞营养不足、凋亡、退化、异常脱落，从而使精子产生受到抑制。高温引起生精细胞损伤常伴随支持细胞形态与功能改变。热效应消弱了精子DNA、RNA和蛋白质的合成并且引起蛋白质变性、染色体包装异常、DNA的完整性破坏。研究显示，生精细胞完成了它们的发育，最终成为带有DNA受损的有活力的精子。说明热效应损害了DNA的完整性。睾丸温度升高，可出现热源性长头精子，其特点是精子颈部伸长，头部与颈中断浓染，尾部短缺，呈现梭形状态［18］（图8~图9）。当患者精液中出现大量热效应精子时，一定要考虑高温因素的存在。

图8热效应精子

图9热效应精子

　　无头精子

　　无头精子在正常生育男性精液中易见 ,一般< 10% ,通常在不育男性精液中比率为 2 %～ 20%[19]。无头精子其特征是精子基底板前没有染色质或头部结构, 在精液中仅见精子尾部（大头针状缺陷）[20](图10~11)。高比例无头精子将严重影响精液质量 ,使精子受精能力下降 ,导致不育。

　　这种大头针状精子在形态分类时，不能纳入头部缺陷进行计数，而应作为特殊结构缺陷进行报告、评估。虽然某些人为因素如离心等可使精子头尾断离, 但当离心转速<2 000 r/min, 离心时间<10 min, 一般不会造成头尾分离，人为或机械性因素并非主因。如果精子连接段异常, 头尾附着脆性增大, 精液中出现大量无头精子的同时,也会出现大量缺尾精子。无头精子症的发生与编码头尾连接段的基因缺陷有关。有研究显示[21] ，外致密纤维蛋白1基因（ODF1）不但对线粒体鞘和精子尾部外周致密纤维的正确排列起作用, 同时亦是精子头尾紧密连接所必需。钩状同系物蛋白 1 基因( HOOK1)对精子颈部微管与鞭毛细胞结构的连接起重要作用, 其功能缺失可造成精子细胞内微管结构异位, 导致精子头尾连接异常[22]。最新研究证实[23]，曹云霞教授研究团队对2例男性不育症患者进行了全外显子测序，发现了SUN5基因存在1个纯合突变p.Thr275Met和2个复合杂合突变p.Arg356Cys，p.Met162Lys。对另15例男性不育症患者的SUN5基因进行Sanger法测序，又在其中6例患者中发现了2个纯合突变和4个复合杂合突变。因此， SUN5基因突变导致患者成熟精子中该蛋白表达量显著降低甚至缺失，并影响SUN5蛋白在精子头颈连接区域的表达定位，其突变是导致人类无头精子症的主要致病原因。除上述基因外, 另有SPEM1、GAT1及PRSS21 等基因与精子头尾连接相关[24]。

　　武婧报道[24]，对无头精子比例为98%、20%、15%的患者进行精子核DNA完整性检测，结果显示，SDFI 值分别为95%、34%、27%，说明精子核DNA损伤程度随无头精子比例增多而升高。精子SDFI值与精子畸形率有较高相关性, 特别是SDFI>30%时, 生育能力将明显降低。虽然辅助生殖技术为该类患者提供了生育机会, 但受精率及远期安全性仍需探知。