DNA甲基化、組蛋白修飾、ncRNA研究精子表觀基因組異常與男性不育

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盡管目前發(fā)現(xiàn)精子參數(shù)異常時(shí)即可診斷為男性不育，但精子參數(shù)對(duì)自然受孕和醫(yī)學(xué)輔助生殖結(jié)果的預(yù)測(cè)能力較差，因此需要改進(jìn)男性不育的診斷技術(shù)。越來(lái)越多的證據(jù)表明了精子表觀基因組在胚胎發(fā)育早期調(diào)控中所起的作用，以至于研究人員將重點(diǎn)放在研究精子表觀基因組的表觀遺傳機(jī)制上，以尋找男性不育的新分子標(biāo)記。事實(shí)上，精子表觀基因組異常可以解釋一些精子參數(shù)正常但原因不明的男性不育，主要與體外受精（IVF）周期中胚胎發(fā)育不良有關(guān)。本文從基因表達(dá)調(diào)控的表觀遺傳機(jī)制（即DNA甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA活性），討論了環(huán)境因素可能導(dǎo)致人類種系表觀遺傳變化并影響胚胎發(fā)育以及子代表型的可能機(jī)制。綜述了男性不育癥患者精子表觀基因組異常的研究，尤其是重度生精功能障礙患者。觀察結(jié)果表明，精子表觀基因組評(píng)估的診斷和預(yù)后結(jié)果將有助于促進(jìn)男性不育的管理。

圖形摘要：環(huán)境響應(yīng)性精子表觀基因組特征作為男性因素不育的診斷工具

精子表觀基因組（The sperm epigenome）
傳統(tǒng)意義上，人類表型被認(rèn)為是基因型編碼發(fā)育程序的結(jié)果。然而最近的研究表明，環(huán)境影響可以通過促進(jìn)不影響潛在基因序列的基因組修飾來(lái)驅(qū)動(dòng)主要的表型變化。這種通過基因表達(dá)和表型變化對(duì)細(xì)胞分化過程中響應(yīng)周圍環(huán)境的能力被稱為“表觀遺傳發(fā)育可塑性”，這種可塑性可能有利于生存，但由于環(huán)境污染導(dǎo)致的種系表觀遺傳模式變化可能會(huì)促進(jìn)疾病的表觀遺傳學(xué)跨代遺傳，定義為在導(dǎo)致表型變異的持續(xù)直接環(huán)境影響缺失情況下，代際表觀遺傳信息的種系介導(dǎo)遺傳。當(dāng)種系在胎兒性腺性別確定過程中暴露時(shí)，種系中的表觀基因組可以被修飾：這些表觀突變可能逃脫受精后甲基化擦除，從而傳遞給子代。通過表觀遺傳修飾，如DNA甲基化、精子染色質(zhì)修飾和非編碼RNA（ncRNA）活性，可以獨(dú)立于DNA序列調(diào)控基因組活性。

DNA甲基化由一系列DNA甲基轉(zhuǎn)移酶家族催化，該家族將甲基從S-腺苷酸甲硫氨酸轉(zhuǎn)移到胞嘧啶殘基的第5個(gè)碳上，形成5m：甲基從DNA中突出干擾轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，從而抑制轉(zhuǎn)錄活性和基因沉默。DNA甲基化與啟動(dòng)子調(diào)控相關(guān)，其中約50%與CpG二核苷酸簇（CpG島）和重復(fù)DNA序列重疊。DNA甲基化通常穩(wěn)定，但在發(fā)生發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期，該過程更具動(dòng)態(tài)性�？梢园l(fā)生在胚胎發(fā)生的早期階段、受精后和配子體發(fā)生期間。這種表觀遺傳重編程旨在去除親本成年期間積累的大多數(shù)表觀遺傳變化，以最大程度地減少其對(duì)子代的潛在有害影響，并且對(duì)于在發(fā)育過程中獲得多能干細(xì)胞狀態(tài)至關(guān)重要。盡管在原始生殖細(xì)胞（PGC）中整體去甲基化導(dǎo)致CpG島上幾乎所有DNA甲基化急劇丟失，但CpG甲基化丟失與人類種系中基因表達(dá)變化無(wú)關(guān)。此外特定基因組區(qū)域（PGC中的亞端粒和反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子區(qū)域，胚胎細(xì)胞中的印跡位點(diǎn)以及較低密度的CpG區(qū)域）抵抗去甲基化擦除。人類精子中約70%的DNA處于甲基化狀態(tài)，這種廣泛的DNA甲基化對(duì)于精子發(fā)生進(jìn)展和子代活力至關(guān)重要。

在精子發(fā)生過程中，精子染色質(zhì)經(jīng)歷廣泛重塑，體細(xì)胞組蛋白被睪丸特異性組蛋白變體取代，這改變了核小體穩(wěn)定性，增加了DNA對(duì)結(jié)合因子的可及性，促進(jìn)核小體向過渡蛋白的轉(zhuǎn)換，然后向精蛋白轉(zhuǎn)變，并允許將父系基因組包裝成高度濃縮的精子核，從而使父本基因組轉(zhuǎn)錄失活。一些組蛋白變體存在于早期減數(shù)分裂精母細(xì)胞通過晚期伸長(zhǎng)的精子細(xì)胞中，而一些僅存在于單倍體精子細(xì)胞中。組蛋白受到動(dòng)態(tài)翻譯后修飾的影響，對(duì)精子發(fā)生過程中基因表達(dá)調(diào)控至關(guān)重要，可以作為表觀遺傳標(biāo)記，傳遞給子代。當(dāng)人類精子中組蛋白向精蛋白（histone-to-protamine）的轉(zhuǎn)變完成時(shí)，約10-15%基因組仍然包裹在組蛋白周圍，且并非隨機(jī)定位，而是保留在參與精子發(fā)生和胚胎發(fā)育的重要調(diào)控基因上。精子保留的組蛋白景觀的破壞與子代的嚴(yán)重發(fā)育缺陷有關(guān)。

精子中含有ncRNA分子作為表觀遺傳因子，將精子ncRNA注射到小鼠受精卵中會(huì)介導(dǎo)子代的表觀遺傳表型變異。ncRNA為正常胚胎發(fā)育所必需。精子RNA譜十分復(fù)雜，包括長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）和短鏈非編碼RNA（sncRNA），sncRNA包括microRNA（miRNA）、piwi互作RNA（piRNA）、tRNA衍生小RNA（tsRNA）和rRNA衍生小RNA（rsRNA）。其功能不是編碼蛋白質(zhì)，而是表觀遺傳調(diào)控基因表達(dá)。精子lncRNA功能知之甚少，但已提出它們通過在早期胚胎發(fā)育中引起表觀遺傳修飾來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。sncRNA貨物（cargo）數(shù)量和組成在精子發(fā)生過程中有所不同，不同的miRNA簇在通過附睪在PGC、精原細(xì)胞、精母細(xì)胞、精子細(xì)胞和成熟精子中表達(dá)。miRNA通過抑制或激活翻譯或通過靶向mRNA降解來(lái)調(diào)控基因表達(dá)。它們與精子發(fā)生的調(diào)節(jié)有關(guān)，且改變的miRNA表達(dá)會(huì)導(dǎo)致精子異常、生精停滯和男性不育。此外，miRNA可能在胚胎發(fā)育早期的早期組蛋白替代、基因表達(dá)和表觀遺傳修飾調(diào)控中發(fā)揮作用。piRNA在生殖細(xì)胞中高表達(dá)，但在成熟為成熟精子之前丟失。在精子發(fā)生過程中，它們?cè)谵D(zhuǎn)座子沉默和基因組穩(wěn)定性中的作用已達(dá)成廣泛共識(shí)。tsRNA的作用機(jī)制知之甚少，但與獲得性代謝紊亂的代際遺傳和通過調(diào)節(jié)胚胎基因組激活調(diào)控早期胚胎分裂相關(guān)。此外，tsRNA已被證明參與表觀遺傳學(xué)跨代遺傳。

RNA修飾也被證明在精子發(fā)生的表觀遺傳編程中起作用。最常見的RNA修飾是N6-甲基腺苷（m6A），這種一種由RNA甲基轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物Mettl3、Mettl14和Wilms腫瘤1相關(guān)蛋白催化的可逆修飾�？梢杂扇ゼ谆�、脂肪質(zhì)量和肥胖相關(guān)蛋白消除，并參與mRNA剪接、翻譯效率和microRNA加工。在成體睪丸發(fā)育過程中，RNA m6A調(diào)控因子幾乎在所有類型的睪丸細(xì)胞中表達(dá)。在Mettl3基因敲除小鼠中的實(shí)驗(yàn)表明，Mettl3調(diào)控精原細(xì)胞分化和減數(shù)分裂，對(duì)男性生育和精子發(fā)生至關(guān)重要。在不育男性中也發(fā)現(xiàn)了失調(diào)的RNA m6A調(diào)節(jié)因子和由此產(chǎn)生的RNA m6A失衡，然而目前尚不清楚RNA m6A失調(diào)如何導(dǎo)致生精功能障礙。

特發(fā)性男性不育：表觀遺傳學(xué)跨代遺傳的作用
在過去的50年里，人類精子總數(shù)急劇下降（未經(jīng)選擇的男性總體下降62.3%）、男性不育增加和一系列男性生殖問題趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，包括睪丸癌、性發(fā)育障礙、隱睪癥、尿道下裂、睪丸激素水平低和精液質(zhì)量低等，表明環(huán)境暴露在生精功能障礙和男性不育發(fā)病機(jī)制中的可能作用。事實(shí)上，環(huán)境暴露與雄性不育之間的聯(lián)系已經(jīng)在大鼠研究中得到了實(shí)驗(yàn)證明。大鼠作為一種很有用的動(dòng)物模型，性成熟較早、妊娠期較短，可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行跨代分析。F0代妊娠雌性大鼠實(shí)驗(yàn)性暴露于殺菌劑vinclozolin或農(nóng)藥二氯二苯基三氯乙烷（dichlorodiphenyltrichloroethane）中，可促進(jìn)45%未暴露F3代雄性群體睪丸病理學(xué)的表觀遺傳跨代遺傳（生精小管萎縮、生精上皮空泡、小管腔生精細(xì)胞脫落），而對(duì)照群體中這一比例為8%，由其他毒物誘導(dǎo)的其他研究中觀察到結(jié)果相似。祖輩暴露通過Sertoli細(xì)胞表觀基因組和轉(zhuǎn)錄組的分子改變促進(jìn)了睪丸疾病易感性的表觀遺傳跨代遺傳。
盡管無(wú)法在人類受試者中復(fù)制相同的研究設(shè)計(jì)，但已證明環(huán)境因素可能會(huì)誘導(dǎo)人類生殖細(xì)胞表觀基因組的異常表觀遺傳變化，并影響后代的表型。Hamad及其同事評(píng)估了香煙煙霧對(duì)一組精心挑選的不育男性精子表觀基因組的影響，這些男性精子數(shù)量正常（>2000萬(wàn)/ml），并且沒有已知的混雜因素（睪丸手術(shù)或病理史，急性或慢性尿路感染和慢性疾�。�。根據(jù)吸煙習(xí)慣（19名不吸煙者和35名重度吸煙者）將兩組分為兩組，發(fā)現(xiàn)重度吸煙者的組蛋白向精蛋白的轉(zhuǎn)變異常。Wu等人（2017）發(fā)現(xiàn)尿鄰苯二甲酸酯與131個(gè)精子差異DNA甲基化區(qū)域（DMR）有關(guān)。許多DMR與代謝物有關(guān)，其母體化合物具有已知的抗雄激素作用，并在與生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因中富集。Greeson等人（2020）證明，暴露于多溴聯(lián)苯化合物的混合物會(huì)導(dǎo)致精子表觀基因組改變。Shnorhavorian等人（2017年）發(fā)現(xiàn)，19至30歲的骨肉瘤男性幸存者在14-20歲時(shí)接受了基于順鉑的化療方案歲時(shí)，所有染色體上都存在精子表觀突變，在CpG deserts中有許多統(tǒng)計(jì)學(xué)上過度代表的DMR簇（表位突變特征），而在CpG島中沒有發(fā)現(xiàn)，這種基因組特征與之前在其他物種中使用各種不同的暴露鑒定出的相似。

不育男性的表觀遺傳異常
最近的一項(xiàng)系統(tǒng)綜述表明，評(píng)估男性不育與精子表觀突變之間相關(guān)性的研究提供了相互矛盾的結(jié)果，主要是由于研究設(shè)計(jì)的差異、分析DNA甲基化的不同方法、研究的不同人群以及用于分析DNA甲基化數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)模型的廣泛差異。此外，雖然早期研究表明不育男性印跡基因異常甲基化，但這一結(jié)果并未得到進(jìn)一步研究的證實(shí)。精心設(shè)計(jì)的研究已經(jīng)闡明了原因：印跡基因不受調(diào)控且穩(wěn)定，不受環(huán)境因素的影響，因此與環(huán)境誘導(dǎo)的表觀遺傳跨代遺傳無(wú)關(guān)。印跡位點(diǎn)是關(guān)鍵的表觀遺傳和基因遺傳位點(diǎn)，但與大多數(shù)細(xì)胞分化過程中環(huán)境響應(yīng)或改變的表觀遺傳位點(diǎn)不同。盡管印跡基因表達(dá)可能會(huì)改變，但印跡位點(diǎn)的差異甲基化尚未顯示出改變。

正如系統(tǒng)綜述（Asenius等，2020）的作者所指出的那樣，在基因組規(guī)模的無(wú)偏倚分析中，沒有令人信服地復(fù)制男性不育的特定特征，并不意味著精子表觀基因組分析在不育男性中毫無(wú)價(jià)值。
DNA甲基化（高甲基化）的增加可能是早期配子發(fā)生和/或精子發(fā)生過程中發(fā)生的男性不育分子疾病病因?qū)W的一個(gè)方面。睪丸生殖細(xì)胞中的基因啟動(dòng)子通常低甲基化；因此啟動(dòng)子高甲基化可能導(dǎo)致精子發(fā)生中關(guān)鍵基因沉默，從而影響精子產(chǎn)生和患者的生育力。對(duì)重度生精功能障礙（非阻塞性無(wú)精子癥：NOA）的研究一致表明，與精子發(fā)生未受損的阻塞性無(wú)精子癥（OA）患者相比，NOA患者的睪丸DNA甲基化模式顯著不同。Ferfouri等人（2013）對(duì)96例無(wú)精癥患者、29例OA患者和67例NOA患者的睪丸樣本進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明，27578個(gè)篩選的CpG位點(diǎn)中超過9000個(gè)的甲基化譜在兩組之間存在顯著差異。此外，在NOA患者中，與粗線期成熟停滯（存在精原細(xì)胞和精母細(xì)胞）的患者相比，僅支持細(xì)胞綜合征（SCO：生殖細(xì)胞發(fā)育不全）的患者在甲基化譜方面存在顯著差異。Wu等人（2020）發(fā)現(xiàn)NOA和OA患者之間存在明顯不同的表觀遺傳模式，其中包括與代謝通路和激素應(yīng)答相關(guān)的表觀遺傳修飾基因本體論（GO）。Li等人（2017）研究了嚴(yán)重少精癥男性與OA男性的睪丸組織，發(fā)現(xiàn)960個(gè)CpG位點(diǎn)與1440個(gè)不同基因相關(guān)，其中包括幾個(gè)在男性不育中具有已知功能的基因，DNA甲基化存在顯著差異。最后Di Persio等人（2021年）分析了與OA患者相比患有隱精癥的男性，對(duì)同一組樣本之間的甲基化值進(jìn)行范圍篩選，以鑒定271個(gè)與132個(gè)基因相關(guān)的DMR，其中61個(gè)在精子發(fā)生過程中受到調(diào)控，并在多個(gè)階段相關(guān)。值得注意的是，已經(jīng)證明表觀遺傳特征僅在干細(xì)胞分化的早期階段（從PGC到精原細(xì)胞）發(fā)生顯著變化，而種系發(fā)育的后期階段在表觀遺傳性狀方面顯示發(fā)育階段之間的變異性較小。這意味著具有不同組織病理學(xué)模式的患者（即與低精子發(fā)生患者相比具有成熟停滯或混合萎縮的患者）的不同睪丸細(xì)胞組成不會(huì)影響表觀遺傳學(xué)分析。

除了精子甲基化模式外，與精子發(fā)生完整的男性相比，NOA患者的ncRNA表達(dá)似乎也有所變化。一項(xiàng)對(duì)20例OA患者和60例NOA患者進(jìn)行顯微切割睪丸精子的研究，通過RNA深度測(cè)序，表明了兩組患者的miRNA譜差異顯著。一些差異表達(dá)的miRNA靶向參與精原細(xì)胞分裂和分化的基因（成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體3、SMAD家族成員3、Sp1轉(zhuǎn)錄因子、V-Akt鼠胸腺瘤病毒癌基因同源物3（AKT3））或參與調(diào)控減數(shù)分裂的基因（轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體1）。

精子表觀基因組作為男性不育癥的診斷工具
由于精子參數(shù)不能預(yù)測(cè)自然受孕或醫(yī)學(xué)輔助生殖的結(jié)果，并且鑒于精子表觀基因組在調(diào)控早期胚胎發(fā)育中所起的關(guān)鍵作用，精子表觀遺傳學(xué)分析已被提出作為改善男性不育臨床診斷的替代策略。迄今為止，旨在解決這個(gè)問題的研究取得了令人鼓舞的結(jié)果。

盡管精子參數(shù)正常，但不明原因不育男性仍無(wú)法懷孕。Urdinguio等人（2015年）分析了17名具有生育力的男性和29名特發(fā)性不育男性，兩者均表現(xiàn)出正常的精子參數(shù)，發(fā)現(xiàn)與具有生育力的受試者相比，近3000個(gè)CpG在不育患者中顯示出異常的甲基化。這些異常變化與精子特異性甲基化區(qū)域和特定組蛋白標(biāo)記如H3K4me3有關(guān)。Salas-Huetos等人（2016）發(fā)現(xiàn)，精子參數(shù)正常且無(wú)女性不孕因素的不育男性與有生育能力的男性相比，具有明顯的miRNA載體。與可育男性相比，共發(fā)現(xiàn)57種miRNA在不育男性中差異表達(dá)，且參與基本生物學(xué)過程的基因表達(dá)失調(diào)，包括胚胎發(fā)生（即胚胎形態(tài)發(fā)生和染色質(zhì)修飾）。這些結(jié)果表明，精子表觀基因組變化可能解釋了一些原因不明的男性不育癥。

研究表明，精子表觀基因組也可以預(yù)測(cè)自然受孕。一項(xiàng)分析96名精子參數(shù)正常且特發(fā)性不育男性的研究鑒定出了反映生殖狀態(tài)的精子RNA元件（SREs）。這些SRE的缺失大大降低了通過定時(shí)性交或人工授精（IUI）實(shí)現(xiàn)活產(chǎn)的可能性。共有30%的特發(fā)性不孕癥男性表現(xiàn)出不完整的SRE，而當(dāng)所有必需的SRE都存在時(shí)，女性因素被確定。精子的表觀遺傳時(shí)鐘（一種先前用于其他臨床領(lǐng)域的指標(biāo)）分析被認(rèn)為是衰老的生物標(biāo)志物，同時(shí)顯示出對(duì)癌癥、心血管疾病和全因死亡率的良好預(yù)測(cè)能力。一項(xiàng)由379對(duì)夫婦組成的前瞻性妊娠隊(duì)列（LIFE研究）顯示，精子表觀遺傳衰老（SEA）與妊娠時(shí)間（TTP）呈負(fù)相關(guān)，SEA每增加1年，TTP就會(huì)延長(zhǎng)17%。

最近一項(xiàng)對(duì)大量不育男性樣本（1344例不育患者，43例可育精子捐獻(xiàn)者）的研究表明，參與肽酶調(diào)控的啟動(dòng)子甲基化變化導(dǎo)致IUI周期妊娠率降低；由于這些男性中有77.8%表現(xiàn)出正常的精子參數(shù)，因此這種表觀遺傳特征可以鑒定出精液分析無(wú)法識(shí)別的低生育潛力男性。

精子表觀基因組分析也可以預(yù)測(cè)IVF結(jié)果。Denomme及其同事對(duì)40名接受供體卵母細(xì)胞IVF周期的正常精子不育男性進(jìn)行了分析，根據(jù)囊胚質(zhì)量分為大小相同的兩組。優(yōu)質(zhì)胚胎組中男性至少有20%胚胎具有D5級(jí)“AA”胚泡，60%胚胎具有可移植質(zhì)量（等級(jí)≥'3BB'），而劣質(zhì)胚胎組中有10%的胚胎具有D5級(jí)“AA”胚泡，40%胚胎具有可移植質(zhì)量。精子甲基化陣列芯片數(shù)據(jù)顯示，在保留組蛋白的1634個(gè)CpG探針位點(diǎn)在兩組上存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，“優(yōu)質(zhì)組”的患者表現(xiàn)出主要的高甲基化特征，而“劣質(zhì)組”的男性表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著偏離預(yù)期的甲基化水平。GO分析揭示了參與精子-卵母細(xì)胞融合、胚胎基因組激活、植入潛力和胚胎分化調(diào)控的基因富集。此外，“劣質(zhì)組”精子甲基化變化與父系miRNA譜改變相關(guān)，而參與與胚胎基因組激活、胚泡植入和DNA甲基化相關(guān)的靶基因也發(fā)生相應(yīng)變化。Hua等人評(píng)估了87例接受IVF的正常精子癥患者，根據(jù)優(yōu)質(zhì)胚胎比率分為兩組（高胚胎率≥75%，N=23和低胚胎率≤25%，N=64）。兩組的母系年齡和成熟卵母細(xì)胞數(shù)量一致。在兩組之間發(fā)現(xiàn)了10個(gè)差異表達(dá)的tsRNA、7個(gè)差異表達(dá)的rsRNA和5個(gè)差異表達(dá)的miRNA，基于tsRNA、rsRNA和miRNA的主成分分析可以對(duì)兩組（高質(zhì)量組和低質(zhì)量組）的精液樣本進(jìn)行分類，具有良好的預(yù)后能力（AUC=tsRNA、rsRNA和miRNA分別為0.8716、0.85和0.7）。Aston及其同事評(píng)估了127名接受IVF的男性，根據(jù)胚胎發(fā)生良好且陽(yáng)性妊娠（N=55）或胚胎發(fā)生不良（N=72）（成功妊娠N=42、未成功妊娠N=30）分為兩組，54名已證實(shí)生育能力的正常精子男性作為對(duì)照組。精子DNA甲基化模式在不同個(gè)體的樣本中非常穩(wěn)定：當(dāng)比較可育患者和接受IVF的患者時(shí)，發(fā)現(xiàn)>8500個(gè)CpG具有顯著的甲基化差異。使用差異甲基化CpGs建立的預(yù)測(cè)模型能夠鑒定出靈敏度為82%的IVF患者，AUC為0.93，構(gòu)建用于識(shí)別胚胎質(zhì)量良好與較差患者的模型能夠?qū)?6%的患者分類為胚胎質(zhì)量較差組，具有高特異性和陽(yáng)性預(yù)測(cè)值，AUC為0.73。另一方面，精液參數(shù)和男性或女性年齡都不能預(yù)測(cè)胚胎質(zhì)量和IVF結(jié)果。最后，一項(xiàng)評(píng)估復(fù)發(fā)性流產(chǎn)夫婦的47名男性伴侶和39名已證實(shí)生育能力的男性的研究發(fā)現(xiàn)，各組之間有9497個(gè)差異甲基化CpGs，功能注釋顯示117個(gè)差異甲基化基因參與胚胎發(fā)育，13個(gè)參與胎盤發(fā)育。

睪丸組織和精漿中的ncRNA表達(dá)已被預(yù)測(cè)為NOA男性殘留精子發(fā)生的候選生物標(biāo)志物，以預(yù)測(cè)這些患者手術(shù)前成功取精的機(jī)會(huì)。事實(shí)上，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特定miRNA簇表達(dá)變化與嚴(yán)重的生精功能障礙相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，編碼五種miRNA（miR-34b、miR-34c、miR-449a、miR-449b和miR-449c）的兩個(gè)功能相關(guān)miRNA簇（miR-34b/c和miR-449）同時(shí)失活會(huì)導(dǎo)致減數(shù)分裂進(jìn)程缺陷和嚴(yán)重的生殖細(xì)胞耗竭。一項(xiàng)關(guān)于正常精子發(fā)生（NS）男性和由于成熟停滯（MA）或SCO導(dǎo)致NOA男性睪丸miRNA表達(dá)的研究證實(shí)了這些結(jié)果。在三組中發(fā)現(xiàn)了不同的miRNA表達(dá)譜，其中miR-34b/c和miR-449表達(dá)在SCO組中顯示出最大的倍數(shù)變化減少，而MA組與NS組相比，miR-34b和miR-449a表達(dá)也顯著降低。與精子提取成功的患者相比，精子提取失敗的SCO患者和NOA患者的精漿中miR-34c-5p的表達(dá)顯著降低，這為其在臨床上用于診斷和預(yù)后目的奠定了基礎(chǔ)。

最后，分析精子表觀基因組可能有助于確定潛在的治療應(yīng)答者，類似于其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的嘗試。解決男性因素不育的一個(gè)有前途的醫(yī)學(xué)策略是使用卵泡刺激素（FSH）治療來(lái)改善不育男性的精液參數(shù)和生殖能力；然而，并非所有患者都對(duì)治療應(yīng)答。為了鑒定特發(fā)性男性不育癥患者對(duì)FSH治療可能應(yīng)答的表觀遺傳特征，研究人員利用精子少精癥男性同質(zhì)隊(duì)列和可生育供體對(duì)照組精液樣本中精子DNA甲基化的全基因組變化進(jìn)行分子分析，不育組接受FSH治療，而對(duì)照組未接受任何治療。在治療3個(gè)月后，如果精子參數(shù)增加了兩到三倍，可以確定為對(duì)治療應(yīng)答。從不育和可育受試者的比較中，鑒定出217個(gè)DMR，P<1e-05，有效的分離了不育患者群體和非不育患者群體，重疊最小。在一些由于排除(主要是因?yàn)槲鼰熀惋嬀屏?xí)慣)而未用于最初試驗(yàn)的有生育能力和不孕癥患者中進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，從而獲得了確認(rèn)。在所有不育患者的精子樣本中均揭示了DMR的不育特征，顯示了分子生物標(biāo)志物的有效性。與不應(yīng)答者相比，F(xiàn)SH治療的應(yīng)答者表現(xiàn)出差異的表觀遺傳生物標(biāo)志物（56個(gè)DMR，P<1e-05），高甲基化和低甲基化變化分布一致。與高甲基化普遍存在的不孕癥診斷相反，不孕癥DMR和FSH應(yīng)答者DMR之間沒有觀察到重疊，表明一組特異性表觀遺傳變化。這些結(jié)果如果得到進(jìn)一步研究的證實(shí)，將有助于開發(fā)治療性表觀遺傳生物標(biāo)志物。

結(jié)論
越來(lái)越多的證據(jù)表明精子表觀基因組異常與男性不育之間存在關(guān)聯(lián)。正如本文所討論的，表觀遺傳特征可以潛在地用于提高對(duì)不育男性的診斷和管理，并建立模型來(lái)預(yù)測(cè)自然受孕或體外受精（IVF）結(jié)果的個(gè)體概率。然而，目前還沒有足夠的證據(jù)來(lái)得出精子表觀基因組評(píng)估對(duì)不育男性的診斷特性的最終結(jié)論。進(jìn)一步的研究應(yīng)明確精子表觀基因組異常與男性不育之間的確切因果關(guān)系，并確定特定的表觀遺傳特征，以改善目前的治療方案。在設(shè)計(jì)進(jìn)一步的研究時(shí)，需要考慮幾個(gè)關(guān)鍵方面：所研究隊(duì)列在年齡、種族和暴露于已知環(huán)境污染物方面應(yīng)該是同質(zhì)的；精子樣本需要經(jīng)過超聲處理以破壞受污染的體細(xì)胞；應(yīng)該考慮全基因組方法，而不是著眼于特定的遺傳性狀，因?yàn)楸碛^遺傳調(diào)控不僅是一個(gè)位點(diǎn)特異性事件，而且跨越由連續(xù)的CpG島簇組成的染色體區(qū)域的長(zhǎng)延伸；所使用的方法和生物信息學(xué)應(yīng)該允許研究表觀基因組的低密度CpG區(qū)域，這些區(qū)域占基因組的90%以上。必須采取這種辦法來(lái)解決迄今為止所報(bào)告的相互矛盾的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：Caroppo E, Skinner MK. Could the sperm epigenome become a diagnostic tool for evaluation of the infertile man? Hum Reprod. 2023 Dec 26. pii: 7499707. doi: 10.1093/humrep/dead266. PubMed PMID: 38148019.

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