支原体感染与生殖细胞硫酸半乳糖甘油酯的关系

第10卷　第3期中　华　男　科　学Vol.10　No.3 2004年3月National Journal of Andrology Mar.2004
·综述·
支原体感染与生殖细胞硫酸半乳糖甘油酯的关系
马　坚　综述;徐　晨　审校
(上海第二医科大学组织学和胚胎学教研室,上海200025)
摘要:支原体不仅能引起男性生殖道感染,而且某些支原体如溶脲脲原体(Uu)和一些不明原因的男性不育密切相
关。

硫酸半乳糖甘油酯(SGG)是主要存在于哺乳动物生精细胞和精子上的一种硫酸糖酯,由早期初级精母细胞合
成,通过与卵细胞上的配体———芳基硫酸酯酶(AS2A)的结合而参与精卵识别。

近来发现,支原体能与SGG结合,
使后者发生脱硫作用成半乳糖甘油酯,阻断SGG与AS2A的结合,从而影响精卵的识别与结合,可能是Uu感染导
致不育的原因之一。

关键词:支原体;硫酸半乳糖甘油酯;芳基硫酸酯酶;精卵结合;不育
中图分类号:R375+.3;R698+.2 文献标记码:A 文章编号:100923591(2004)0320215204
Relationship between Mycoplasma Infection and G erm Cell Sulfogalactosylglycerolipid
Ma Jian,Xu Chen
Department of Histology&Embryology,Shanghai Second Medical Univer sity,Shanghai200025,China(Ma J,Xu C) Correspondence to:X u Chen,E2m ail:chenx@shsm
Abstract:It is well known that mycoplasma can cause infection in the male re productive tract.S ome studies indicate that U reaplas2
m a urealyticum(Uu),a species of mycoplasma,is associated with male infertility.Sulfogalactosylglycerolipid(SGG)is the major mammalian male germ cell glycolipid,synthesized via sulfation of galactosylglycerolipid in early primary spermatocytes.S ome experi2 ments have proved that SGG is implicated in sperm2egg binding by linking arylsulfatase A(AS2A),SGG’s ligand on the egg.SGG can be desulfated by binding mycoplasmas and transformed galactosylglycerolipid,which doesn’t bind AS2A.S o the binding and degradation of the s perm SGG by mycoplasmas may play a role in the induction of male infertility.As a kind of mycoplasma,Uu can also bind SGG,which offers another ex plantion for the association of Uu infection with male infertility caused by Uu infection.　Natl
J Androl,2004,10(3):2152217,221
K ey w ords:mycoplasma;sulfogalactosylglycerolipid;arylsulfatase A;s perm2ovum binding;infertility
支原体(mycoplasma)是能引起男性生殖道感染的最小原核生物。

在啮齿类动物中,雄性不育与其生殖道支原体感染有着密切关系。

在人类,溶脲脲原体(U reaplasm a urealyticum,Uu)是最常见的一种生殖道支原体感染,并认为是男性不育的原因之一。

据报道,不同人群生殖道Uu感染率差异很大1,不育夫妇生殖道Uu分离率明显高于生育者。

硫酸半乳糖甘油酯(sulfogalactosylglycerolipid, SGG)是一种硫酸糖酯,主要存在于生精细胞和精子的头部,它形成于早期初级精母细胞,SGG的含量在随后的精子发生、成熟和获能过程中都很稳定。

SGG能通过与卵细胞上的配体———芳基硫酸酯酶A(arylsulfatase A,AS2A)的相互作用而参与精卵的识别和结合。

如果SGG被抗体封闭或发生脱硫作
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收稿日期:2003206223;修回日期:2003210223
作者简介:马　坚(19752),男,江苏武进市人,硕士研究生,从事男科学研究。

E2mail:majian7503@ 通讯作者:徐　晨,E2mail:chenx@
用都会导致精卵结合力的下降。

同时发现,支原体也能和精子膜上的SGG结合,并能使SGG发生脱硫作用,抑制其与配体的结合,阻断精卵的结合,从而导致不育。

1　Uu的流行病学及致病机制
1.1　Uu的流行病学　Uu是从人体分离出来的13种支原体之一。

首先由Shephard在1954年从男性非淋菌性尿道炎患者的尿道中分离获得。

现已发现Uu有14个血清型,即1～10、K2、U24、U33和U26。

Uu本身无细胞壁,细胞膜由3层薄膜构成,其中外层和内层具有高电子密度,中层为低电子密度。

内外两层由蛋白质组成,中层系脂类,主要成分为磷脂。

Uu能感染各种哺乳动物、鸟类及家禽,从而引起广泛的生殖道感染,并与不育有关2,3。

不同人群生殖道Uu感染率差异较大,健康人群约为9.8%～2
2.8%,有生殖道感染者可达46.7%,不育夫妇Uu分离率高于生育者,不育男性的精液Uu分离率也高于生育男性。

1.2　Uu的致病机制　目前认为Uu主要通过植物凝集素(包括N2乙酰神经氨酸和硫酸葡聚糖)与宿主细胞膜表面的受体(可能是硫酸化的糖酯)结合,从宿主细胞吸取脂质和胆固醇,引起细胞膜损伤。

Uu能吸附于宿主泌尿道上皮细胞、成纤维细胞、精子以及红细胞的表面。

Uu具有IgA蛋白酶活性,可破坏泌尿生殖道粘膜表面的特异性IgA1抗体,使Uu易吸附于泌尿生殖道粘膜的表面。

另外,Uu 的胞质中含有脲酶,它能分解尿素产生N H3,获得质子后变为N H+4,引起细胞间质坏死和纤毛损伤,同时又使周围环境的p H值升高。

Uu分泌的多种磷脂酶也是致病因素之一,它以宿主细胞膜上的卵磷脂为底物,产生代谢产物影响宿主细胞的生物合成和膜的生物与免疫功能。

Uu还是一种有效的细胞因子释放诱导物4,可诱导白介素26和白介素28的释放,改变生精细胞的微环境,影响精子发生。

此外,Uu产生的过氧化物具有毒性作用,可引起细胞膜的破坏及细胞溶解5。

1.3　Uu感染与男、女性不育　研究发现Uu可通过吸附在精子表面来影响精子头的侧摆幅度,降低精子的活动力,从而影响精子的穿卵能力。

在Uu 感染的动物模型实验中,已经发现Uu感染所致生精细胞病理变化,直接干扰精子的发生过程,进而影响男性生育力6。

Uu感染还能引起精子膜以及顶体膜的破损,精子顶体反应降低或消失。

另外,泌尿生殖道Uu感染可引起局部自身免疫反应,产生自身抗精子抗体(AsAb),提示Uu导致不育除了其直接侵入外,还存在着复杂的免疫学机制。

2　SGG的合成、代谢与定位
SGG是一种硫酸糖酯,首先在猪的睾丸和精子及大鼠的睾丸组织中发现。

SGG的表达部位具有特异性,目前主要在一些雄性哺乳动物(大鼠、小鼠、猪、牛、兔、豚鼠以及人)和低等脊椎动物的生精细胞和精子上,少量存在于大脑白质内,约占大脑所有脂类的0.2%,可能和髓鞘形成有关,其他组织至今尚未发现。

精子上的SGG量不多,约占精子所有脂类的12%。

大约每106个精子里才含有0.4nmol。

已知大多数真核细胞的糖酯是由碳水化合物/神经酰胺构成的,但是SGG结构与半乳糖神经酰胺(SGC)相似,比较特殊。

SGG主要是由甘油构成,在其甘油分子的C2位是脂肪酯,在C1位是脂肪醚,类似于植物和细菌的糖酯7。

2.1　SGG的合成　SGG的合成是哺乳动物精子发生过程中的一个分化标记8。

现已证明,在初级精母细胞减数分裂的偶线期和粗线期,半乳糖甘油酯(galactosylglycerolipid,GG)在磺酸转移酶的作用下发生硫酸化作用合成SGG,整个过程约3d,当糖基化硫酸肌醇(glycosylphosphoinositide)出现时,磺酸转移酶的活力被抑制,SGG的合成随之降低9。

SGG的半衰期约25d,与生精细胞DNA的半衰期一致,其生物活性比较稳定,逆转率低,在精子发生、成熟和获能过程中,SGG均不会发生逆转或降解。

只有当精子死亡后,SGG才可能被降解。

刚射出的猪精子上的SGG 是唯一的糖酯10,表明SGG暴露的硫酸盐基团可能和精卵的结合有关11。

由于SGG是跟随生精细胞一起通过血2睾屏障进入睾丸的近腔小室中,因此通常在血清中检测不到抗SGG抗体。

2.2　SGG的定位　SGG主要位于精子头部质膜的凸脊和顶体后区,这恰恰是精子参与精卵结合的部位。

与其他的糖酯一样,SGG的结合可能与细胞之间以及细胞和细胞外基质结合有关。

主要是通过它们的硫酸半乳糖基和各自的配体相结合。

SGG能结合多种粘附性糖蛋白,如层粘连蛋白、血栓收缩蛋白、血小板Ⅷ因子、一种在淋巴结中的选择性糖蛋白。

SGG还能和例如支原体、疟原虫孢子以及病毒等病原微生物的亚细胞结构等结合12。

另外,SGG 的硫酸盐部分能和一些二价阳离子如Ca2+和Mg 2+发生静电反应,增加SGG脂链的流动性13。

2.3　SGG在精卵结合中的作用　实验证明,SGG 在精卵结合中扮演着重要的角色。

将获能后的精子
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用亲和纯化的抗SGG Ig G封闭,或将SGG脱硫基成GG,发现精子和卵子透明带的结合力都呈浓度依赖性下降(P<0.01)。

由于亲和纯化的抗SGG Ig G处理过的精子已被证明不能诱发精子过早的顶体反应,也不能抑制透明带诱导的顶体反应,因此说明SGG尤其是其硫酸盐部分在精卵结合中起着重要作用。

目前,在体内外至少有20种蛋白对SGG 有亲和力。

其中,硫酸脂制动蛋白21(sulfolipid im2 mobilizing protein1,SL IP21)是一种透明带结合蛋白,与SGG共同存在于生精细胞和精子上14。

SL IP21由3种蛋白构成:AS2A,热休克蛋白70(heat shock protein70,HSP70)和白蛋白15,16,。

SL IP21中的芳基硫酸酯酶和HSP70能与SGG发生特异性结合,而白蛋白无此功能17,18。

芳基硫酸酯酶由附睾的上皮细胞分泌,当精子由睾丸进入附睾后,芳基硫酸酯酶以其特殊的结构和位于精子头部的SGG 结合。

附睾精子上的芳基硫酸酯酶量很少,比例仅为SGG摩尔浓度的1/400。

但是实验证明这一浓度比例恰恰是精卵结合的最佳比例,比例过高或过低都将导致精卵结合力的下降。

3　支原体和SGG的关系
Lingwood等19发现:在啮齿类动物中,支原体能够特异性地与SGG结合,使后者发生脱硫作用,并且在去垢剂存在下还能使SGG进一步发生脱酰作用。

SGG降解程度一方面与支原体的浓度有关,在支原体浓度达到2×107CCU/ml时,90%的SGG 能被降解;另一方面还和周围环境的p H值有关,p H 8.0～9.5是SGG的最佳脱硫值,低于中性条件则不发生脱硫作用,而发生脱酰作用的p H范围较广,为5～9,并随着p H的升高而增加。

在生殖道,不同部位精子上的SGG和支原体的结合力不同。

在附睾头部的精子,由于SGG结合了附睾上皮细胞分泌的SL IP21,改变了SGG构象,使得支原体无法和SGG 结合;而到附睾尾部,由于SL IP21和SGG的连接发生变化,暴露出SGG的硫酸盐部分,使得支原体能够与SGG结合,并将SGG降解。

但实验中发现附睾头部的精子依然能和抗SGG抗体结合,这说明支原体和抗SGG抗体两者对于SGG结合的位点是不一样的。

生殖道支原体感染的动物由于其精子上的SGG与支原体结合,使得SGG发生了脱硫作用成为GG,失去了与卵细胞上配体结合的能力,影响了精卵结合,从而导致不育20。

实验还发现支原体不能与中性糖酯(GG、GC、Gb3)及神经节苷脂(GM1、GM2)结合。

支原体和SGG结合的机制尚未阐明。

目前认为SGG不可能是支原体分泌的磷脂酶的作用底物,虽然磷脂酶是支原体致病因素之一,但是它的活性依赖于钙离子的浓度,而SGG的脱酰作用与钙离子无关。

其次,由于SGG和GG都是芳基硫酸酯酶的作用底物,使得SGG发生降解反应的动力学目前还未确定。

另外,实验结果表明支原体能够选择性和SGG与SGC结合,但不和GM1、GM2结合,提示电荷不是结合的唯一因素。

而对于脱酰后SGG特异性结合力升高的发现,更说明了SGG的疏水基团可能不是重要的结合因素。

最后,抗SGG抗体和支原体两者对于SGG结合位点的不同表明,SGG上可能有多个基团参与了精卵的结合。

Uu是引起人类生殖道感染最常见的一种支原体,并被认为和人类的不育有关,已证明Uu能特异性地与SGG结合,但是其结合的分子机制还需要进一步研究。

其次,由于Uu致病方式的多样性,其造成的不育很可能是多种因素的共同结果,因此给予一个明确的定论是困难的但又是极富挑战性的。

人类精子上的SGG与Uu的关系尚不清楚,在啮齿动物进行的有关SGG和支原体结合的研究结果,为探讨Uu感染与男性不育关系的研究中开辟了一条新的途径。

同时,SGG与其配体———AS2A在精卵结合中的作用和意义也为我们寻找有效的男性避孕方法提供了新的思路。

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