(广西医科大学第一附属医院;广西南宁530021)
正常男性精液射出后具有立即凝固并在短时间内液化的特点。精液刚射出时呈稠厚的胶冻状,可能有利于射精后在女性阴道中停留,而随后的精液液化则有利于精子向前运动。一般认为,精囊和前列腺的分泌物对精液的凝固与液化过程起决定作用,精囊产生的凝固因子引起精液凝固,而前列腺产生的蛋白酶类等精液液化因子可使精液在15~30min内液化[1-2]。在精液液化过程中,根据形态学及生化分析可将精液液化分为三个阶段:第一阶段为肉眼下凝胶状物质的溶解,以及超微结构下球状颗粒的消失;第二阶段为溶解的蛋白质降解为肽;第三阶段为肽降解为氨基酸。一旦液化与凝固因子间的平衡被打破,精液在射精后超过lh未能完全液化或才开始液化,称之为精液液化异常。研究显示精液液化过程中所涉及到的酶系主要包括蛋白水解酶系统、纤溶酶原激活因子系统及微量元素等,这其中,蛋白水解酶系统中的前列腺特异性抗原(prostatespecificantigen,PSA)水平与精液液化异常密切相关。因此,本文重点对PSA在精液液化中作用的相关研究进展进行综述。
1.PSA基因结构及调控
编码PSA的基因定位于染色体19q13.3上,长度约5.8Kb,有5个编码外显子和4个内含子组成,属于人组织型激肽释放酶(kallikrein-relatedpeptidases,KLKs)基因家族成员之一,通常称之为KLK3基因。在PSA基因的5’上游有一段长约6Kb的启动子区,包含三个雄激素反应元件(androgen-responsiveelements,AREs)。在前列腺中,雄激素进人前列腺上皮细胞后首先与细胞核内的雄激素受体(AR)结合,引起受体构象改变,随后受体与热休克蛋白解离,受体磷酸化形成二聚体,二聚体与PSA启动子中的雄激素应答元件结合,促进前起始复合物的形成和诱导PSA基因,生成1.6Kb含全部5个外显子的mRNA[3-4]。近年一些研究表明,PSA基因启动子区以及下游的3’UTR区存在单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphism,SNP)现象[5-7],这种SNP现象可以潜在的影响雄激素调节表达的转录控制行为,以致影响PSA的表达及前列腺的生长发育。
2.PSA在精液液化中作用
PSA在精液液化过程中起着非常重要的作用,其由前列腺上皮细胞合成,本质为丝氨酸蛋白酶。正常生理情况下,PSA由于前列腺上皮--血管屏障限制,主要储存于前列腺中,仅有少量能通过细胞外间隙弥散进入血循环。在前列腺组织中,PSA以前体形式(pro-PSA)存在,受Zn2+的抑制不表现出活性。当PSA分泌进入前列腺腔和精液其余部分混合后,由于精囊分泌的凝固蛋白SeminogeiinⅠ竞争性的与Zn2+结合,使Zn2+失去对PSA的抑制作用,加上精浆中的某些活性酶作用,前体形式的PSA被激活,水解由精囊分泌的几种重要凝固蛋白SeminogeiinI、SeminogeiinII和Fibronectin等蛋白的酪氨酸残基、组氨酸残基和谷氨酸残基[8-10]。通过水解这些蛋白质,可使精液排出后很快液化,促进精子的活动。当PSA分泌水平降低或功能异常时,会导致液化异常,并使精液粘度增高,降低精子活动率,还影响精子的活动力和穿透宫颈粘液的能力[11]。另外,部分研究还认为,PSA可释放激肽样物质,水解精囊液中糖蛋白,可能会诱导阴道和子宫平滑肌收缩,使精子在受精过程中更利于向前运动[12],但是该生理功能的具体作用机制还需要进一步研究证实。
3.PSA与精液液化异常的机制研究
3.1PSA水平
精液中PSA含量丰富,其浓度约为血清中浓度的100万倍,WangTJ等[13]曾报道健康生育男性精液中PSA含量约为1.29g/L,国内有报道的数据为(0.849±0.563)mg/ml[11]。当精液液化不良时,一般可以检测出精液PSA水平较低。国内外近几年的相关研究均报道了液化不良患者精浆PSA水平低于正常对照组[14-15]。虽然前期的研究已经证明精液液化异常中的PSA含量与生育正常组精液存在显著差异,但是对于PSA水平降低的机制研究的还不是十分清楚。在对罹患前列腺疾病患者的相关研究中,研究者认为前列腺上皮细胞出现某些病理改变,可能会引起PSA分泌水平降低;也可能与分泌管道的阻塞了影响PSA排除等,从而造成精液PSA含量不足[16-17]。
3.2PSA功能结构
PSA是由237个氨基酸组成的相对分子质量(Mr)为30000的单链糖蛋白,属于腺体分泌的激肽释放酶。研究者很早就注意到,PSA在精液中可能会以不同形式存在,Eyre等[18]通过对福尔马林固定过的精液进行免疫学分析后发现PSA在精液中有3种存在形式:游离PSA、依附于精浆前列腺小体的PSA以及结合在一种尚未分类的非精子细胞(NSC)上的PSA。在正常生育男性精液中PSA主要以游离和依附于前列腺小体的形式出现;而在不育组中,PSA的存在形式更多,其中包括结合在一种尚未分类的非精子细胞(NSC)上的PSA。另外,在对前列腺肿瘤的研究中,研究者发现PSA蛋白质存在异常糖基化修饰现象[19],这种类似的异常蛋白修饰所致得PSA结构改变是否在前列腺疾病中同样存在,进而导致其功能受到影响,最终影响精液液化进程,值得进一步研究。
3.3PSA基因遗传多态性
关于PSA基因遗传多态性与体内PSA水平的研究,主要涉及基因遗传多态性与血清PSA水平及前列腺疾病关系的研究。很多研究者通过大样本的研究分析表明PSA基因遗传多态性与血清PSA水平和前列腺肿瘤等疾病相关[20-23]。研究者起初认为这种遗传多态性和前列腺癌密切相关,血清PSA水平的升高是由于前列腺癌变的结果。但是,随后的研究表明,PSA基因中部分SNP位点的不同基因型仅会影响血清PSA水平,而与前列腺疾病的关联性不强;并且这种由基因型不同所致的血清PSA水平差异在健康人群中同样存在。这其中,启动子区的rs266878位点以及基因下游3’UTR区的rs2735839位点遗传多态性与血清PSA水平的关系颇受研究者关注[24-25]。多数研究结果表明,这两个SNP位点的遗传多态性和血清PSA水平相关,而和前列腺疾病关联性不强。众所周知,外周血循环中的PSA主要来自于前列腺组织中。因此,PSA基因遗传多态性引起血清PSA水平的变化在精液中同样可能存在,并且可能会影响精液液化。最近,MarquesPI等[26]通过对KLKs基因家族研究表明,KLKs家族部分区域的序列变异可能和精液的高粘度密切相关,为以后开展此方面的研究提供了有力证据。
3.4PSA协同其他生化因子促进精液液化
精液液化过程中,除PSA发挥重要作用外,精液中其它生化因子的生理作用也不容忽视。例如锌离子能通过鳌合SeminogeiinI和SeminogeiinII蛋白改变其三维空间结构,使其对PSA更为敏感。酸性磷酸酶作为前列腺细胞上皮分泌的一种糖蛋白,通过磷酸化过程水解精液中的磷酸胆碱、磷酸甘油及核苷酸等物质,并在磷酸化过程水解精囊分泌的Sg蛋白,使Sg蛋白水解成小的片段,促进液化。另外,精液凝固与液化机制在很多方面与人类血液凝固与纤溶机制相似,精液存在纤溶系统中的某些成分,如纤维蛋白、纤溶酶、纤维连结蛋白、纤溶酶原激活因子及其抑制剂;这些物质可发生与人类血液中纤溶机制非常相似的功能,如降解纤维蛋白,纤维蛋白降解产物(FDP)可抑制纤维蛋白单体,形成不溶性复合物,使精液呈液化状态。这些生化因子即通过各自不同途径发挥作用,又具有协同效应,共同促进精液液化。
4.总结
大量研究已经证明,PSA在精液液化过程中发挥至关重要的作用,PSA水平降低或功能结构异常影响精液液化进程。但是,PSA在精液液化过程中作用机制仍有很多地方需要进一步研究,如PSA在精液中不同存在形式有何生理意义;PSA蛋白酶的异常修饰是否在精液液化异常中扮演重要作用;PSA基因的遗传多态可影响人体PSA水平的表达已勿容置疑,但其遗传多态是否和精液液化异常存在关联也需进一步明确。除此之外,影响精液液化因素的很多,他们之间是如何协同发挥作用,这些都需要我们做进一步的研究和探讨。总之,深层次的基础研究并结合临床实践,才能对男性精液液化异常病因做出准确诊断,并为对症治疗提供明确的科学依据。
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广西壮族自治区卫计委科研课题,项目编号:Z2016291