主动与被动吸烟所致镉暴露对不育男性精子质量、DNA碎片及染色质解凝集的影响

《Stresses》：The Association of Cadmium Exposure from Active and Passive Smoking with Sperm Quality, DNA Fragmentation, and Chromatin Decondensation in Male Partners of Infertile Couples Jihane Ait Benbella, Mouad El Badr, Samy Housbane, Noureddine Louanjli, Achraf Zakaria, Othmane Hammani and Rachid Aboutaieb

本研究针对烟草烟雾暴露与男性不育的关联，通过分析280名不育男性的精液样本，深入探讨了主动与被动吸烟如何通过镉（Cd）暴露影响精子质量、DNA碎片化指数（DFI）及染色质解凝集指数（SDI）。结果发现，吸烟（包括被动吸烟）与精液参数恶化、锌（Zn）水平降低、镉水平升高及精子DNA完整性受损显著相关，强调了控制烟草暴露对改善男性生殖健康的重要性。

　　

在全球范围内，约有15%的育龄夫妇面临不孕不育的困扰，其中男性因素占比接近一半。近几十年来，男性生殖健康呈下降趋势，全球精子数量在1973年至2011年间下降了约50-60%，且这种下降趋势可能仍在持续。在众多可能的影响因素中，吸烟作为一种主要的生活方式因素，与男性生殖功能受损密切相关。它不仅是尼古丁等有害物质的来源，更是重金属镉（Cadmium, Cd）暴露的重要途径。镉的生物半衰期长达20-40年，容易在体内蓄积，并可能穿过血-睾屏障，在睾丸中形成毒性微环境，干扰精子发生。与此同时，锌（Zinc, Zn）作为维持精子功能和DNA完整性的必需微量元素，其平衡对生殖健康至关重要。然而，现有研究多聚焦于主动吸烟的影响，对于被动吸烟如何通过镉等途径损害男性生育力，以及镉与锌的失衡如何具体影响精子DNA的完整性，仍缺乏系统性的证据。为了解决这些问题，由Jihane Ait Benbella, Mouad El Badr等人组成的研究团队开展了一项研究，旨在评估主动与被动吸烟导致的镉暴露与精液参数、精子DNA碎片化、染色质解凝集以及精浆中镉、锌水平之间的关联。他们的研究成果发表在期刊《Stresses》上。

为了开展研究，研究人员从摩洛哥卡萨布兰卡的LABOMAC实验室招募了280名来自不育夫妇的男性作为研究对象，并将其分为三组：不吸烟者（104人）、被动吸烟者（86人）和主动吸烟者（90人）。研究采用了多项关键技术方法：首先，依据世界卫生组织（WHO）2021年指南对精液样本进行常规参数分析；其次，使用末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记（TUNEL）法评估精子DNA碎片化指数（DFI），并使用苯胺蓝染色法评估精子染色质解凝集指数（SDI）；最后，通过电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定精浆中的镉和锌浓度。统计上，使用了Kruskal-Wallis检验、Spearman相关分析和多变量线性回归分析来处理数据。

2. 结果

2.1. 男性参与者年龄与不育持续时间

参与者的年龄在25至47岁之间，主要集中在30-44岁。不育持续时间在1至19年之间，多数夫妇（67%）的不育时长为1-6年。年龄和不育时长的具体分布情况如图所示。

2.2. 吸烟与精液参数之间的关联

分析发现，与不吸烟者相比，主动和被动吸烟者的精液量均显著降低。大多数精子参数，包括浓度、活力、存活率和正常形态，在吸烟者中均显著降低。此外，精液谱的分布在各组间也存在差异：正常精子症多见于不吸烟者，而在吸烟者中，少精子症、畸形精子症以及少弱畸精子症（OATS）的比例更高。

2.3. 精子DNA碎片化（DFI）与染色质解凝集（SDI）

精子DNA碎片化指数（DFI）和染色质解凝集指数（SDI）在吸烟者中均显著升高。不吸烟者的DFI和SDI中位数分别为18%和18%，被动吸烟者升至22%和24%，而主动吸烟者则进一步大幅升高至38%和38%。这表明吸烟，尤其是主动吸烟，会严重损害精子DNA的完整性。

2.4. 精浆中的镉和锌水平

精浆镉浓度随吸烟状态呈明显上升趋势。不吸烟者的镉水平低于检测限，而被动和主动吸烟者中均可检测到镉，且主动吸烟者的浓度（中位数：14.01 μg/L）显著高于被动吸烟者（6.05 μg/L）。相反，精浆锌水平则随吸烟状态显著下降，不吸烟者最高（128.2 mg/L），被动吸烟者次之（79.52 mg/L），主动吸烟者最低（43.63 mg/L）。

2.5. 多变量线性回归分析

多变量线性回归分析显示，在调整了年龄和体重指数（BMI）后，主动和被动吸烟均与精液参数恶化、精子DNA碎片化和染色质解凝集增加以及精浆锌水平降低独立相关，且主动吸烟的影响更为显著。

2.6. 相关性分析

Spearman相关性分析表明，精浆镉水平与精子DNA碎片化指数和染色质解凝集指数呈显著正相关，而精浆锌水平则与精子活力和存活率呈显著正相关。这支持了镉的有害作用和锌的保护作用。

3. 讨论与结论

本研究系统揭示了主动与被动吸烟通过改变精浆中镉和锌的水平，进而损害精子质量和DNA完整性的关联。研究发现，吸烟（包括被动吸烟）与精液量减少、精子浓度、活力、存活率和正常形态下降显著相关。更重要的是，吸烟导致了精子DNA碎片化和染色质解凝集的增加，这直接威胁到遗传物质的完整性和胚胎发育潜能。机制上，烟草烟雾中的镉是关键毒性物质，它能诱导氧化应激，抑制抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx），破坏线粒体功能，并干扰钙离子（Ca²⁺）稳态，从而损害精子发生和功能。同时，吸烟导致的锌水平降低削弱了其抗氧化和稳定染色质的功能，进一步放大了氧化损伤。相关性分析和多变量模型均支持镉水平与DNA损伤正相关，而锌水平与精子功能正相关。

这项研究的意义在于，它不仅确认了主动吸烟的危害，还提供了被动吸烟同样会显著损害男性生育力的有力证据，强调了控制二手烟暴露的公共卫生重要性。研究将传统的精液参数分析与精子DNA完整性评估及微量元素检测相结合，为理解吸烟影响男性生育的分子机制提供了更全面的视角。尽管研究存在横断面设计无法确定因果、非吸烟者镉水平多低于检测限等局限，但其结果明确指向减少烟草烟雾暴露（包括主动和被动）应成为改善男性生殖健康、应对不孕问题的重要策略。未来研究需要进一步阐明相关的分子机制，并探索如抗氧化剂补充或锌干预等潜在的保护措施。