摘要:空气污染不仅影响精子活力,还影响精子基因组国内外不少该领域研究发现,空气污染不仅可能影响精子数量、活力、形态等物理特性,还可能影响精子基因组。作者总结道,可见,空气污染可能改变精子数量、活力、形态等物理特性,究其原因,可能在精子DNA水平已发生变化。

【编者按】2011年至今,我国生育政策已从“双独二孩”发展到“全面三孩”。历经10年嬗变,“让不让生”已不再是问题,取而代之的是“想不想生”和“生了怎么养”。回顾政策历程,10年间,从2011年的“双独二孩”,到2013年的“单独二孩”,再到2016年实施“全面二孩”,2021年放开“三孩”,这表明政府提高人口生育水平的决心。事实上,生育背后还有诸多复杂的社会因素相互牵扯,“说生就生”并不容易。基于此,澎湃新闻推出“生育的细节”系列报道,精选国内外新刊发的人口研究,将后人口转型时期人们的生育决策及行为置于“显微镜”下,以人为本,探究细节。

空气污染对生殖细胞的损害是近年来生育率下降的重要原因,尤其是在工业化国家。

今年5月,北大核心期刊《中国比较医学杂志》刊发的一篇研究综述,以国内外的流行病学人群研究与实验室动物研究为基础,总结论述了空气污染对男性不育的影响及其分子机制。该文提出,多国研究结果基本一致:空气污染可影响男性生育能力。同时,该文还总结归纳了4种空气污染影响精子发育的机制。

该研究题为《空气污染对男性生育能力的影响及其机制》,文章作者来自云南省疾病预防控制中心和云南省第一人民医院。云南省第一人民医院疾病预防控制科副主任医师张瑞仙博士为本文通讯作者。

空气污染不仅影响精子活力,还影响精子基因组

国内外不少该领域研究发现,空气污染不仅可能影响精子数量、活力、形态等物理特性,还可能影响精子基因组。

该文指出,衡量男性生育能力最重要、最直接的指标是精子质量。

如何评判精子质量?评判参数主要包括精子数量和/或精子浓度(精子浓度=精子数量/精液量)、总活力、进行性运动、非进行性运动、正常形态精子率;也有研究指向精子基因如DNA碎片指数(DFI)、染色质变化等。

文章指出,意大利一项为期6年的研究显示,环境颗粒物(PM)浓度与精子的进行性运动能力呈负相关。

香港大学学者利用基于卫星导出的气溶胶光学深度数据的时空模型,对台湾6475名15-49岁男性参与者精子质量进行研究,发现2年平均空气PM2. 5每增加5μg/m³,精子正常形态率下降1.29%、而精液浓度每毫升提高1.03×1000000个; 3个月的空气质量变化数据结果类似,精子正常形态率下降0.91%、精液浓度变化量同前。因此认为,长期和短期PM2. 5暴露,均与正常形态精子数减少、精液浓度升高相关。

一项淮安市的研究发现,PM2. 5和PM10对精液质量不利影响的敏感期在精子形成的早中期;故鉴于空气污染的普遍存在,为促进生殖健康,提高精液质量,采取预防措施应于受孕90天前就开始。

除了环境颗粒物(PM)污染外,文章还指出多种空气污染物对精子质量的影响。

上述文章还提到,Radwan等学者在波兰进行的研究认为,暴露于空气污染物PM10、PM2.5、SO2、NOx、CO均与精子形态的异常相关,但对精子浓度和活力却均无影响。

捷克学者指出,与非产煤地区相比,产煤地区空气对男性精子活动性有显著的负面影响,而且,空气污染与精子及其头部形态异常比例增高显著相关,但并未发现其对精子总数有影响。

我国有学者也持续关注该领域,有研究比较了空气污染程度较轻的农村与污染较重的城市,发现农村居民精液质量较城市者更好,特别是精子形态;研究提示,PM2.5、SO2、NO2可能是城市男性精液质量较差的重要影响因素。

作者总结道,可见,空气污染可能改变精子数量、活力、形态等物理特性,究其原因,可能在精子DNA水平已发生变化。这点在以上部分研究中已有报道:空气污染可能影响精子基因组。

如,捷克学者发现,暴露于严重空气污染中的男性,其染色质异常的精子比例显著增加,DFI增高(DFI即DNA碎片指数,是公认的临床不育和自然流产的重要直接原因)。类似的,意大利学者在研究PM污染环境中的职业男性时,发现其平均DFI显著高于对照。

还有一些研究特别关注到汽车尾气对精子质量的影响。

空气污染的一个主要来源是汽车尾气,已有不少研究关注暴露于尾气中的职业人员。如,高速公路上的收费员与同一公司在室内工作的同事相比,前者在精子数量、活动性和形态(尤其是头部缺陷)方面均有显著下降或异常。

空气污染影响精子发育的4种机制

上述文章还归纳道,空气污染影响男性生育能力的发生机制可分为4种:干扰内分泌、诱导产生活性氧、血睾屏障破坏和DNA突变、表观遗传修饰。

在干扰内分泌方面,空气污染物,尤其是附着于PM上的多环芳烃,它是具有雌激素、抗雌激素或抗雄激素活性的内分泌干扰物,多环芳烃会通过结合雌激素受体或雄激素受体,发挥激动或拮抗作用;也可能进一步激活芳香烃受体下游通路,参与许多细胞过程,最终影响精子的生成、活力、形态等。

在诱导产生活性氧方面,大多数空气污染物(如NO2、PM)是活性氧诱导剂,或者通过其所含的重金属和多环芳烃,诱导活性氧产生。虽然正常受精需要一定量的活性氧,但是过量的话,会对精子造成损伤。因为精子膜含有大量多不饱和脂肪酸,以维持胞膜流动性;然而,这些脂肪酸的过氧化作用会导致其流动性丧失、膜表面酶和离子通道活性降低,从而改变精子的活动能力和精卵融合能力。

活性氧诱导的蛋白氧化,也可能在精子分化的最后阶段,发生染色质重塑受损和精化不良,使精子功能改变。此外,活性氧可能引发导致细胞凋亡的连锁反应。近年也有报道称,PM2. 5通过PI3K/Akt信号通路引发氧化应激,导致雄性大鼠生殖功能障碍。以上这些错误还可能同时或续惯发生、使损害叠加,最终导致精子数量、活性异常,影响男性生育能力。

在血睾屏障破坏和DNA突变方面,多种环境污染物(如多氯联苯、二氯化铬等)均可引起睾丸免疫微环境变化,从而直接或间接破坏血睾屏障; 或者,通过诱导活性氧的产生,经多种信号通路引起血睾屏障损伤;炎症微环境还可致精子DNA链断裂和基因突变,受精潜能下降,进而改变随后的胚胎发育。

此外,在生殖细胞中,一些空气污染物分子(尤其是PM中含有的多环芳烃)可通过共价键与DNA碱基结合,形成DNA加合物,从而改变基因表达。

在表观遗传修饰方面,如DNA甲基化的改变、RNA和/或组蛋白修饰等,均可能在精子发育的不同阶段引起基因表达异常。附着于PM的重金属污染物影响体内多种miRNAs的表达水平,进而影响精子RNA的表达及其潜在功能,如依赖于靶向FOXO1的miR-183/96/182簇表达增加,均可诱发胎儿生长发育异常。

作者总结道,尽管不同国家学者的研究中相关检测指标并不完全一致,但所取得的结果基本一致,即空气污染可影响男性生育能力。

作者特别呼吁,保护环境、改善空气质量,这是对抗空气污染所致损伤的根本措施。