维生素D与男性生殖的研究进展

刘 斌（综述），缪 珩（审校）

（南京医科大学第二附属医院内分泌科，南京 210011）

不孕不育是一个复杂的疾病，涉及医学、经济、心理等多个方面，目前其发病率已高达15%［1］。不孕不育症主要包括女性不孕和男性不育。随着社会环境的改变以及生活方式的多样性，男性不育导致的生殖障碍几乎高达50%以上，诸多因素中以精液质量异常为主要原因［2］，是目前临床治疗难题。多项研究显示，维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）在雄（男）性生殖器官组织中存在较高表达，这提示VDR可能参与了雄（男）性生殖的生理过程［3-5］。经动物实验证实，维生素D缺乏可直接引起雄性不育，可能与精子数量或活性下降有关［6］。近年来，随着研究的深入，不断有新的理论提出，研究提示维生素D缺乏可导致精子质量和数量显著下降，性激素降低以及参与生殖肿瘤的发生、发展，因而导致男性不育［7-8］。现就近年来维生素D与男性生殖有关的研究进展予以综述。

1 维生素D概述

维生素D作为一种脂溶性激素，是人体必需的营养物质;其主要来源于皮肤，皮肤中的7脱氢胆固醇经紫外线照射后转化为维生素D，体内维生素D经肝脏羟化生成25-羟基维生素D［25-dihydroxy vitamin D，25（OH）D］;25（OH）D为体内主要储存形式且是评估循环维生素D状态的最佳指标，再经肾脏羟化生成1，25-二 羟 维 生 素 D3［1，25-dihydroxyvitamin D3，1，25-（OH）2D3］即活性维生素D，其通过与核受体——VDR结合发挥作用;1，25-（OH）2D3具有激素样生理特性，不仅参与机体钙稳态、骨代谢、调控细胞增殖分化及调节免疫应答等多个生理进程［9］;还与癌症、自身免疫性疾病、心血管疾病发生风险增加有关［10］。早在20世纪90年代就有动物研究发现维生素D缺乏与男性不育症有关;目前越来越多的研究表明，维生素D缺乏与男性不育的患病风险呈正相关，主要与男性生殖过程（如精子发生、性激素水平以及生殖肿瘤等）关系密切［7-8］，在男性不育症的发生、发展中发挥重要作用。

2 维生素D与男性生殖的关系

2.1 维生素D与男性生殖道 作为维生素D靶器官的先决条件之一是该器官上必须有VDR的表达。大量研究证实，VDR和维生素D代谢酶表达于睾丸支持细胞、生殖细胞、睾丸间质细胞、精子以及男性生殖道上皮细胞［3-5］。研究表明，VDR在睾丸内与1，25-（OH）2D3具有高亲和力，这提示血清内1，25-（OH）2D3可能为生殖腺 VDR活化所必需［11-12］。再者，维生素D在靶器官发生一系列级联反应不仅依赖循环中1，25-（OH）2D3水平，还需要 CYP2R1/CYP27B1（25-hydroxylase/1α-hydroxylase）和 CYP24A1（25-hydroxyvitamin-D3-24-hydroxylase）的参与，因细胞内1，25-（OH）2D3水平受两者编码的蛋白调控，从而激活或者灭活1，25-（OH）2D3或25（OH）D，这表明生殖器官能调节局部维生素D的反应［3-5，10］。此外，Blomberg等［13］研究发现，CYP24A1特异表达于精子环，且其在精子环表达百分比与精子质量（如精子总数、精子浓度、精子活力以及精子形态）呈正比，因此CYP24A1阳性表达率可作为评估精子质量的一个预测指标。

2.2 维生素D与性激素

2.2.1 睾酮 睾酮是睾丸间质细胞产生的一种性激素，对男性生殖具有重要作用。在胎儿期睾酮的分泌主要受人绒毛膜促性腺激素的调控，而后直至成人期主要受垂体分泌的黄体生成素的调节［8］。而黄体生成素诱导类固醇激素的合成是通过增加环腺苷一磷酸的分泌和睾丸间质细胞内钙离子浓度进行的，故可推测1，25-（OH）2D3对睾酮的作用可能是通过调节上述钙依赖性黄体生成素应答实现的［14］。近期，欧洲一项多中心横断面研究揭示，25（OH）D与体内总的或游离睾酮呈正相关，与雌二醇和黄体生成素呈负相关，并发现维生素D浓度具有季节波动性;同时该研究还观察到，维生素D缺乏个体睾酮水平低下，并且在调整潜在的混杂因素后，维生素D水平仍与代偿性性腺功能减退有关［15］。另一项纳入2299例男性的欧洲大队列研究表明，游离25（OH）D水平与睾酮和游离雄激素指数呈正相关;调整可能的混杂因素后，发现在同样的季节波动模式下，25（OH）D水平与睾酮和游离雄激素指数仍具有相关性［16］。此外，美国一项关于男性的研究显示了同样的结果，进一步表明，25（OH）D水平与总睾酮和游离睾酮具有相关性，但只在25（OH）D（＜75～85 nmol/L）低水平时呈线性相关［17］。

2.2.2 雌激素 在男性和女性体内均存在雌激素和雌激素受体ER（estrogen receptor，ER），只是其在两者中的浓度和表达量不同而已。在生物体内雌激素的合成需要一种关键酶即芳香化酶，芳香化酶基因表达于所有生殖道组织，超过60%的睾丸芳香化酶来自于生殖细胞［18］。CYP19A1基因编码的芳香化酶能调节睾酮与雌激素之间的转化，1，25-（OH）2D3与CYP19A1基因启动子区域的维生素D反应元件结合，对特定组织芳香化酶进行调控［6，19-20］，其调节功能的不同取决于靶组织启动子活性［18-19，21］。体外研究证实，未成年大鼠睾丸间质细胞芳香化酶表达的增加是由1，25-（OH）2D3介导的［20］。两个关于 VDR缺失小鼠模型实验也表明，1，25-（OH）2D3在睾丸和附睾对雌激素信号转导有显著影响，一个表现为睾丸芳香化酶水平降低、促性腺激素代偿性增加［6］;另一个表现为促性腺激素水平正常、ER（ERβ和ERα）表达发生改变［13］。VDR缺失小鼠模型的生殖表型并不完全一致［6］，但VDR缺失小鼠与ERα缺失小鼠表现相似，均表现为精子活力低下及不育率增加，这可能是因为睾丸和附睾头的液体重吸收能力下降所致［22-23］。Hess等［24］的研究揭示，VDR和ER同时表达于男性生殖器官的同一个细胞;Kinuta等［6］研究发现，对VDR缺失小鼠，补充钙和雌激素后能逆转精子发生和精子活力下降，两者进一步支持了VDR和雌激素在男性生殖器官的关系。另有文献报道，在老年男性血清雌激素水平与25（OH）D呈负相关［11］，而在健康青年男性血清雌激素水平与25（OH）D并无关联［25-26］。

2.3 维生素D与精子 男性生育能力的评估主要是对精液的常规分析（如精子质量、活力和形态等）。研究发现，精子本身存在VDR，主要位于精子的头部和颈部［4，10］。对VDR缺失裸小鼠生殖能力的全面研究发现，精子数量（40%）和精子活力（9倍）明显下降，从而导致不育［6］。VDR剔除雄性小鼠亦表现为精子数量下降和活力降低［27］。一项横断面研究发现，维生素D缺乏（＜25 nmol/L）或不足（＜50 nmol/L）的男性精子活力明显较维生素D充足男性低下［12，28-29］。来自普通人群［12］、生育男性［29］和不育男性［28-29］的研究表明，维生素 D与精子活力呈正相关。另一项关于维生素D充足的青年男性队列研究报道，25（OH）D与精子活力有明显的正相关趋势［25］。此外，一项小规模研究也表明，血清维生素D为50～125 nmol/L的男性，其活力精子比血清维生素D＜50 nmol/L和＞125 nmol/L的男性多［26］。另有两项研究表明，精子形态与血清25（OH）D 呈正相关［26，29］;然而，有的研究却发现，血清25（OH）D与精子总数、精子浓度、抑制素B或卵泡刺激素无相关性［12，25，28-29］。在人类精子中，1，25-（OH）2D3可以增加胆固醇的流出、酪氨酸蛋白磷酸化、苏氨酸蛋白磷酸化及细胞的生存力;此种作用也表现出反馈抑制，即低水平激素促进该作用，高水平反而抑制该作用，这与精子在雌性生殖道的顶体反应有关［11］。除此之外，维生素D还可通过与相关受体的结合，增强精子的能动性和顶体酶活性，增加细胞内钙离子水平，从而使其获得受精能力［30］。

2.4 维生素D与生殖肿瘤 维生素D不仅在成年期具有重要作用，研究发现，其在人类生殖母细胞、未成熟的睾丸支持细胞和间质细胞也有VDR表达，这高度表明维生素D对早期生殖腺发育具有作用［31］。但目前并未有研究报道有关维生素D对胎儿生殖腺发育的影响，研究主要侧重于维生素D与睾丸生殖细胞肿瘤细胞之间的关系，由此推断或预测两者间的关系。睾丸生殖细胞肿瘤是年轻男性中最常见的实体肿瘤，源自于原位癌［32］。青春期后，原位癌细胞发生恶性转化，形成侵袭性精原细胞瘤或非精原细胞瘤［33］。大部分体细胞瘤发生恶性转化期间，发现肿瘤细胞伴有VDR和维生素D代谢酶的改变［34-35］，这种变化意味着两者可能参与了癌症的发生和发展，因为1，25-（OH）2D3在大多数肿瘤细胞中促进其分化，抑制其增殖［36］。VDR和维生素D代谢酶显著高表达于原位癌，但在原位癌转化为侵袭性精原细胞瘤时两者表达量下降，转化为恶性胚胎癌时两者不表达，而在原位癌向恶性胚胎瘤去分化过程中表达下降［37］。换句话说，睾丸生殖细胞肿瘤中维生素D代谢机制反应肿瘤的分化状态。多能恶性胚胎癌的特征在于VDR和维生素D代谢酶表达缺失，但当恶性胚胎癌开始分化为其他组织类型时，VDR和维生素D代谢酶的表达被重新诱导并伴有多潜能因子的下调［37］;Jorgensen等［38］的研究证实了这一点。此外，用1，25-（OH）2D3或骨化三醇治疗许多体细胞癌，发现其具有增殖抑制作用，并能增加癌细胞对化疗药物顺铂的敏感性;这种现象可能与睾丸生殖肿瘤有关，因睾丸癌对顺铂的耐赖药性在很大程度上取决于VDR调节的p21基因［39］。以上研究均从侧面说明维生素D与男性生殖存在密切关系。

3 小结

动物实验及临床研究均表明，维生素D与男性生殖能力关系十分密切，但其确切机制尚不清楚。目前调查显示，人群维生素D缺乏较为普遍，因此在临床上应该重视维生素D水平的监测，并对维生素D缺乏者进行维生素D或维生素D类似物的适量补充以及生活方式的指导（如增加阳光照射及健康知识教育等）。但维生素D的摄入或者治疗剂量以及治疗时间长短，目前还没有统一的标准。另外，有关国人维生素D与男性不育的研究目前仍较少，因此对维生素D在生殖方面功能的深入研究，将为男性不育症的治疗提供新的思路，值得进一步探讨。

［1］Thonneau P，Marchand S，Tallec A，et al.Incidence and main causes of infertility in a resident population（1，850，000）of three French regions（1988-1989）［J］.Hum Reprod，1991，6（6）:811-816.

［2］Gyllenborg J，Skakkebaek NE，Nielsen NC，et al.Secular and seasonal changes in semen quality among young Danish men:a statistical analysis of semensamples from 1927 donor candidates during 1977-1995［J］.Int J Androl，1999，22（1）:28-36.

［3］Mahmoudi AR，Zarnani AH，Jeddi-Tehrani M，et al.Distribution of Vitamin D Receptor and 1α-Hydroxylase in male mouse reproductive tract［J］.Reprod Sci，2013，20（4）:426-436.

［4］Corbett ST，Hill O，Nangia AK.Vitamin D receptor found in human sperm［J］.Urology，2006，68（6）:1345-1349.

［5］Aquila S，Guido C，Perrotta I，et al.Human sperm anatomy:ultrastructural localization of 1α，25-dihydroxyvitamin D receptor and its possible role in the human male gamete［J］.J Anat，2008，213（5）:555-564.

［6］Kinuta K，Tanaka H，Moriwake T，et al.Vitamin D is an important factor in estrogen biosynthesis of both female and male gonads［J］.Endocrinology，2000，141（4）:1317-1324.

［7］Anagnostis P，Karras S，Goulis DG.Vitamin D in human reproduction:a narrative review［J］.Int J Clin Pract，2013，67（3）:225-235.

［8］Jensen MB.Vitamin D and male reproduction［J］.Nat Rev Endocrinol，2014，10（3）:175-186.

［9］Holick MF.Vitamin D deficiency［J］.N End J Med，2007，357（3）:266-281.

［10］Blomberg JM，Nielsen JE，Jorgensen A，et al.Vitamin D receptor and vitamin D metabolizing enzymes are expressed in the human male reproductive tract［J］.Hum Reprod，2010，25（5）:1303-1311.

［11］Aquila S，Guido C，Middea E，et al.Human male gamete endocrinology:1alpha，25-dihydroxyvitamin D3（1，25（OH）2D3）regulates different aspects of human sperm biology and metabolism［J］.Reprod Biol Endocrinol，2009，7:140.

［12］Blomberg JM，Bjerrum PJ，Jessen TE，et al.Vitamin D is positively associated with sperm motility and increases intracellular calcium in human spermatozoa［J］.Hum Reprod，2011，26（6）:1307-1317.

［13］Blomberg JM，Lieben L，Nielsen JE，et al.Characterization of the testicular，epididymal and endocrine phenotypes in the Leuven Vd r-deficient mouse model:targeting estrogen signalling［J］.Mol Cell Endocrinol，2013，377（1/2）:93-102.

［14］Costa RR，Reis RI，Aguiar JF，et al.Luteinizing hormone（LH）acts through PKA and PKC to modulate T-type calcium currents and intracellular calcium transients in mice Leydig cells［J］.Cell Calcium，2011，49（3）:191-199.

［15］Lee DM，Tajar A，Pye SR，et al.Association of hypogonadism with vitamin D status:the European Male Ageing Study［J］.Eur J Endocrinol，2012，166（1）:77-85.

［16］Wehr E，Pilz S，Boehm BO，et al.Association of vitamin D status with serum androgen levels in men［J］.Clin Endocrinol（Oxf），2010，73（2）:243-248.

［17］Nimptsch K，Platz EA，Willett WC，et al.Association between plasma 25-OH vitamin D and testosterone levels in men［J］.Clin Endocrinol（Oxf），2012，77（1）:106-112.

［18］O'Donnell L，Robertson KM，Jones ME，et al.Estrogen and spermatogenesis［J］.Endocr Rev，2001，22（3）:289-318.

［19］Krishnan AV，Swami S，Peng L，et al.Tissue-selective regulation of aromatase expression by calcitriol:implications for breast cancer therapy［J］.Endocrinology，2010，151（1）:32-42.

［20］Zanatta L，Bouraima-Lelong H，Delalande C，et al.Regulation of aromatase expression by 1α，25（OH）2vitamin D3in rat testicular cells［J］.Reprod Fertil Dev，2011，23（5）:725-735.

［21］Hess RA.Estrogen in the adult male reproductive tract:a review［J］.Reprod Biol Endocrinol，2003，1:52.

［22］Hess RA，Bunick D，Lee KH，et al.A role for oestrogens in the male reproductive system［J］.Nature，1997，390（6659）:509-512.

［23］Joseph A，Hess RA，Schaeffer DJ，et al.Absence of estrogen receptor alpha leads to physiological alterations in the mouse epididymis and consequent defects in sperm function［J］.Biol Reprod，2010，82（5）:948-957.

［24］Hess RA，Fernandes SA，Gomes GR，et al.Estrogen and its receptors in efferent ductules and epididymis［J］.J Androl，2011，32（6）:600-613.

［25］Ramlau-Hansen CH，Moeller UK，Bonde JP，et al.Are serum levels of vitamin D associated with semen quality Results from a crosssectional study in young healthy men［J］.Fertil Steril，2011，95（3）:1000-1004.

［26］Hammoud AO，Meikle AW，Peterson CM，et al.Association of 25-hydroxy-vitamin D levels with semen and hormonal parameters［J］.Asian J Androl，2012，14（6）:855-859.

［27］Wojtusik J，Johnson PA.Vitamin D regulates anti-Mullerian hormone expression in granulosa cells of the hen［J］.Biol Reprod，2012，86（3）:91.

［28］Blomberg JM，J rgensen A，Nielsen JE，et al.Expression of the vitamin D metabolizing enzyme CYP24A1 at the annulus of human spermatozoa may serve as a novel marker of semen quality［J］.Int J Androl，2012，35（4）:499-510.

［29］Yang B，Sun H，Wan Y，et al.Associations between testosterone，bone mineral density，vitamin D and semen quality in fertile and infertile Chinese men［J］.Int J Androl，2012，35（6）:783-792.

［30］Foresta C，Strapazzon G，De Toni L，et al.Bone mineral density and testicular failure:evidence for a role of vitamin D 25-hydroxylase in human testis［J］.J Clin Endocrinol Metab，2011，96（4）:646-652.

［31］Van PO，Argraves WS，Morales CR.Co-expression and interaction of cubilin and megalin in the adult male rat reproductive system［J］.Mol Reprod Dev，2003，64（2）:129-135.

［32］Skakkebaek NE.Possible carcinomainsitu of the testis［J］.Lancet，1972，2（7776）:516-517.

［33］Kraggerud SM，Hoei-Hansen CE，Alagaratnam S，et al.Molecular characteristics of malignant ovarian germ cell tumors and comparison with testicular counterparts:implications for pathogenesis［J］.Endocr Rev，2013，34（3）:339-376.

［34］Matusiak D，Benya RV.CYP27A1 and CYP24 expression as a function of malignant transformation in the colon［J］.J Histochem Cytochem，2007，55（12）:1257-1264.

［35］Blomberg JM，Andersen CB，Nielsen JE，et al.Expression of the vitamin D receptor，25-hydroxylases，1α-hydroxylase and 24-hydroxylase in the human kidney and renal clear cell cancer［J］.J Steroid Biochem Mol Biol，2010，121（1/2）:376-382.

［36］Fleet JC.Molecular actions of vitamin D contributing to cancer prevention［J］.Mol Aspects Med，2008，29（6）:388-396.

［37］Blomberg JM，J rgensen A，Nielsen JE，et al.Vitamin D metabolism and effects on pluripotency genes and cell differentiation in testicular germ cell tumors in vitro and in vivo［J］.Neoplasia，2012，14（10）:952-963.

［38］Jorgensen A，Blomberg JM，Nielsen JE，et al.Influence of vitamin D on cisplatin sensitivity in testicular germ cell cancer-derived cell lines and in a NTera2 xenograft model［J］.J Steroid Biochem Mol Biol，2013，136:238-246.

［39］Koster R，di Pietro A，Timmer-Bosscha H，et al.Cytoplasmic p21 expression levels determine cisplatin resistance in human testicular cancer［J］.J Clin Invest，2010，120（10）:3594-3605.