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不育不孕的原因是十分复杂的,免疫学因素的参与和某些不育不孕的发病有密切联系。早在1899年,Metchnikoff及Landsteinr发现将异种动物精子注入机体可产生抗体。次年,Metchnikoff证实了豚鼠在注射自体精子后,血液中有抗精子抗体(anti-semen antibodies, AsAb)的存在。在二十世纪五十年代,Wilwon首先报道了在男性不育患者血清中发现AsAb。90年代WHO报道约有3%不育患者为免疫因素引起的不育,其中,在10%的不育男性血清和/或精浆中可发现抗精子抗体,在不育女妇女血清和/或宫颈粘液中也存在AsAb。随着AsAb及其相关检测技术的研究进展,目前已能够准确地检测不育夫妇体内AsAb,为不育的综合分析与辅助诊断提供了重要参考指标。随着体外受精技术(in-vitro fertilization, IVF)技术的发展,特别是胞浆内精子注射(intracytoplasmaic injection, ICSI)技术的提高,AsAb所致不育的治疗有了突破性的进展。
一. 人类精子抗原
人类精子抗原相当复杂,约有100多种,按其细胞定位,可分为核抗原、胞浆抗原、膜固有抗原、包被抗原;按其特异性,可分为精子特异性抗原和精子非异性抗原。
1. 精子特异性抗原
受精抗原-1(fertiliztion antigen-1, FA-1),受精抗原-2(fertiliztion antigen-1, FA-2)/精子膜抗原、精子/滋养层交叉反应抗原(sperm/trophoblast cross-reaction antigen, STX-10)、乳酸脱氢酶-C4(LDH-C4)、胚细胞抗原(germ cell antigen-1, GA-1)、精子蛋白-10(sperm protein-10, SP-10)等。
2. 非特异性精子抗原
肌酸磷酸激酸(creatine phosphokinase, CPK)、甘露糖配体受体(mannose-ligand receptors, MLR)、C-myc蛋白、C-ras蛋白、G蛋白、膜磷酸酷氨酸蛋白(membrane phosphotyrosine protein, MPP)。
3. 其它精子抗原
顶体素(acrosin)、ABO血型抗原、HLA抗原、鱼精蛋白(protamine)、精子膜抗原(sperm-coating antigens, SCA; 或scafferrin)
精子固有的细胞膜抗原由种属特异抗原、组织相容性抗原(HLA、H-y、F9)等构成。此外,精子的特异性酶是细胞膜上的乳酸脱氢酶(LDH-C4)和酶前体acrosin(顶体蛋白),它们的相应抗体可引起受精障碍。
二. 人类生殖系统免疫屏障
在人类的整个生殖系统中,人体具有一套天然的免疫防御系统以避免AsAb的产生。目前研究认为,人类的生殖防御系统主要由以下两部分组成:
1. 男性生殖系统血-睾屏障
人类精子是在睾丸的曲细精管内产生的。曲细精管由界膜围绕,管壁上皮是由两类形态和功能不同的生精细胞和支持细胞组成。曲细精管界膜与支持细胞间紧密连接结构构成血-睾屏障。血睾屏障中,相邻的支持细胞基部牢固现时紧密地连接在一起,而相邻支持细胞外层的曲细精管界膜细胞膜在某些点上完全融合,具有紧密连接的典型结构。血睾屏障可防止精子与免疫系统接触,对在曲细精管内环境中合成的精子大分子抗原起到保护作用,在精子由输精管排出体外前后,淋巴细胞不能识别精子抗原,从而使机体不会将精子作为外来侵袭物而作出相应的反应而刺激淋巴细胞产生AsAb。
2. 男性精液中的免疫抑制物
正常的男性精液中含有免疫抑制物质,如前列腺素和酸性磷酸酶等被统称为男性抑制物质(male inhibitory marterial, MIM)。在射精过程中,MIM随精子一道进入女性生殖道,对局部和全身的免疫应答作用起到抑制作用,使精子及受精卵免遭免疫系统的排斥,同时可保障受精卵的着床发育。
三. 抗精子抗体产生原因与机制
由于人体具有完整的血-睾屏障、生殖系统屏障的保护作用及精液中MIM的存在,使各级生精细胞处在一个与免疫系统完全隔绝的环境中,所以,精子机体的免疫系统而言是一种“异物”,在功能上是一种自身隐蔽抗原,无论对男性自身还是女性都是外来抗原,具有抗原性。正常情况下,精子由于受到各种免疫屏障及MIM的保护作用,精子抗原不会引发任何机体免疫防御反应,因此,也就不会产生AsAb。但一旦人体由于受到外界各种理化因素和/或疾病的影响,使人体的血-睾屏障或生殖道屏障遭到破坏或作用减弱,或产生抗MIM抗体,使精子抗原暴露在机体免疫系统中,即可激发机体对精子抗原的免疫防御反应而产生AsAb。
1. 血-睾屏障或生殖道屏障的损伤
任何理化因素(各种化学物质、超声波、紫外线、射线等)或感染因素(细菌、病毒等感染)造成血-睾屏障以及生殖道免疫屏障的损伤均可引起抗精子抗体的形成。临床上常见的病因有:输精管结扎术、输精管吻合术、输精管梗组、精索静脉曲张、生殖道损伤、生殖道感染、睾丸损伤、隐睾症、曾接受精索附近的手术(如疝气甚至阑尾切除)等。以上原因可造成精子抗原或精浆抗原在生殖道中的通透性增加,或由于局部淋巴结传递抗原信息而发生免疫应签,或由于进入全身循环而产生体液和细胞免疫。
2. 精浆中免疫抑制物失效
在某些情况下,如生殖道感染、创伤和梗阻等可诱发机体产生抗MIM抗体。
AsAb主要有三种,即IgA、IgG、IgM,均存在于男女双方的血液和生殖道分泌物中。以IgM与生育力降低关系最为密切。男性体液中的IgA和IgG可以与整个精子结合,女性体液中的IgA和IgG主要与精子头结合,而男女体液中的IgM主要与精子尾部结合。
四. 抗精子抗体引起不育的机制
抗精子抗体减弱生育能力,主要是通过精子制动、精子凝集及精子死亡等作用。AsAb对整个生育过程中各个环节的影响大致有以下几种:
1. 阻止精子穿过宫颈粘膜,干扰精子获能,使精子的运动能力和受精能力下降
精子的获能部位是在女性的子宫和输卵管。精子只有经过获能才能完成受精。获能的本质是在于暴露精子表面与卵子识别位点,解除对精子顶体反应的抑制,从而使精子得以与卵子识别并穿入卵内完成受精作用。男性产生的AsAb自身抗体粘附于精子表面,使精子与精子之间发生凝集,从而影响精子的运动能力。在女性宫颈粘液中,与AsAb结合的精子的穿透和存活能力受损。因此,射出精液中被AsAb包被的精子越多,进入宫颈粘液和女性生殖道的精子就越少。精子抗体可引起精子凝集成团,其凝集方式主要有头-头、尾-尾、尾尖-尾尖、头-尾及混合型等五种形式。凝集在一起的精子机械阻碍使个别精子活动大受影响。精子抗体还有细胞毒作用,当精浆中补体活性较高时,还会引起补体介导的攻击反应,使精子死亡或不动。此外,对精子的代谢及精子收缩蛋白功能也有影响。
2. 影响精子酶的活力,抑制卵母细胞的透明带和放射冠的分散作用
精子透明质酸酶可使卵丘(放射冠)分散。而AsAb可通过抑制透明质酸酶的活力而抑制卵丘分散。
3. 干扰精子顶体反应
精子在女性生殖道获能后发生顶体反应,释放顶体内含物如顶体蛋白酶,此酶能促进精子穿过透明带和促进精卵结合。AsAb能抑制此酶的活性,从而抑制顶体反应的发生。
4. 封闭顶体膜上的抗原位点,抑制精子对透明带的附着与穿透,使精子不能穿过透明带。
5. 影响精子与卵子的结合,干扰受精卵发育
AsAb能阻止精子与卵膜融合,导致不育。受精时顶体反应的精子赤道区是来源于两个配子的质膜的嵌合,AsAb能与受精时转移到卵膜的精子抗原发生反应,干扰受精卵的发育。
6. 影响胚胎的发育
AsAb可作用于受精后的胚胎,其原因可能是:早期胚胎在其发育过程中可暂获得各种抗原,称为时相特异性抗原或阶段特异性抗原,其中某些抗原与精子蛋白及畸胎瘤有交叉免疫性,在这种情况下,AsAb易使怀孕妇女发生流产、胚胎吸收或死亡。
五. 抗精子抗体的检测
鉴于AsAb对生育的影响,目前医学家们建立了各种检测技术,以早期明确诊断出体内的抗精子抗体,以及时作出相应的诊疗。AsAb的筛选试验应当使用新鲜的精液标本,并且推荐使用免疫珠法或混合抗球蛋白试验(亦叫混合细胞凝集反应或混合凝集反应)作为免疫性不育男性患者AsAb的过筛检测试验项目。