全世界約有15%的夫婦遭受不孕不育的困擾，這種病癥由多種因素引起，其中男性因素占到了所有不孕不育癥病因的40%-50%。年齡是人類生育能力強(qiáng)弱的重要決定因素，不孕癥的發(fā)生率也隨著備孕年齡的增加而增加。我們所熟知的年齡特指身份證上顯示的年齡，也是細(xì)胞生物學(xué)年齡的代用指標(biāo)，但卻鮮有人知生理學(xué)年齡為何物。

細(xì)胞的生物學(xué)年齡不等同于生理學(xué)年齡，生命過程中累積的內(nèi)部（例如遺傳）和外部（例如環(huán)境、生活習(xí)慣）因素均可對生理學(xué)年齡造成影響。雄性生殖細(xì)胞需要動態(tài)表觀遺傳重編程才能從二倍體精原細(xì)胞發(fā)展為單倍體精子。據(jù)牛津大學(xué)研究，人類精原細(xì)胞每16天分裂一次，相當(dāng)于一年分裂23次[1]。因此，在男人的一生中，精原細(xì)胞在其生殖生命過程中將經(jīng)歷（以平均壽命為準(zhǔn)并從青春期開始算起）約1400次的分裂。在此過程中，將可能會累積基因甲基化錯誤（基因間與基因區(qū)域）。因此，通過DNA甲基化數(shù)據(jù)來衡量精原細(xì)胞的生理學(xué)年齡，或可探尋不孕問題的根源。

精子的生理學(xué)年齡能通過測定其DNA的甲基化來進(jìn)行評估。人體實際年齡和DNA甲基化之間的密切聯(lián)系，使得生物學(xué)年齡成為大多數(shù)體細(xì)胞的表觀遺傳時鐘指標(biāo)。精子發(fā)生過程中涉及許多表觀遺傳學(xué)調(diào)控，表觀遺傳學(xué)改變可能是男性不育的病因之一。DNA甲基化模式是在減數(shù)分裂期間建立的，與衰老相關(guān)的甲基化錯誤的積累可能發(fā)生在高度增殖和自我更新的精原細(xì)胞中，并在精子發(fā)生過程中的細(xì)胞分化時繼續(xù)積累。DNA甲基化異常，特別是在印跡位點的DNA甲基化異常，與精液質(zhì)量差相關(guān)。此外，異常的精子DNA甲基化與受精率降低和胚胎發(fā)育潛能受損有關(guān)。但是，雄性生殖細(xì)胞的表觀遺傳時鐘發(fā)育不全，在預(yù)測生物學(xué)年齡和生殖結(jié)果的效用方面缺乏臨床相關(guān)性。

2022年5月13日，美國韋恩州立大學(xué)婦產(chǎn)科研究團(tuán)隊在Human Reproduction發(fā)表題為“Sperm epigenetic clock associates with pregnancy outcomes in the general population”的研究成果（圖1）[2]。該研究針對男性精子的生理學(xué)年齡（Sperm epigenetic aging，SEA）和伴侶受孕率之間的關(guān)系進(jìn)行了跟蹤性研究調(diào)查。

圖1 研究成果（圖源：Human Reproduction）

DNA甲基化是最早發(fā)現(xiàn)也是研究最廣泛的表觀修飾，它是指在DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的作用下，將小化學(xué)基團(tuán)（甲基）共價鍵結(jié)合到基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶堿基上產(chǎn)生5－甲基胞嘧啶。DNA甲基化主要有以下特點：

①遺傳性，能在細(xì)胞或世代間遺傳；

②可逆性的基因表達(dá)調(diào)節(jié)；

③不能用DNA序列變化解釋，而遺傳內(nèi)容主要以DNA甲基化或組蛋白翻譯后修飾等形式保存。

基因組DNA的高度甲基化能引起所在基因轉(zhuǎn)錄的抑制。在生物發(fā)育過程中，基因組DNA甲基化狀態(tài)的變化可以調(diào)控基因在不同發(fā)育時期的特異表達(dá)，在機(jī)體發(fā)育和細(xì)胞分化中起著重要的作用。

研究人員從2005年到2009年在美國的16個地區(qū)招募無不孕癥且處于備孕狀態(tài)的夫婦，收集379位男性精液，并進(jìn)行長達(dá)12個月的回訪。男性的平均年齡為31.8±4.8歲，范圍為19-50歲，白人男性占81.4%，非吸煙者占78.7%，平均BMI（Body mass index）為29.9±5.7。研究人員通過SEA來比較備孕夫婦在1年內(nèi)的妊娠成功率，使用離散時間比例風(fēng)險模型分析調(diào)整協(xié)變量與妊娠時間（time-to-pregnancy，TTP）的關(guān)系，并評估了吸煙對SEA的影響。

研究人員應(yīng)用微珠陣列檢測了精液樣本，以評估精子DNA甲基化水平，并采用最先進(jìn)的集成機(jī)器學(xué)習(xí)算法從精子DNA甲基化數(shù)據(jù)預(yù)測SEA。具體而言，根據(jù)差異甲基化區(qū)域（SEA differentially methylated regions，SEA_DMR）和個體CpG（SEA_CpG）估算SEA。將SEA計算為預(yù)測年齡對生物年齡的線性回歸的殘差。SEA的正值被認(rèn)為是較老的表觀遺傳衰老表型，而負(fù)值代表較年輕的表觀遺傳衰老表型：SEA<-1為“年輕”；-1<SEA<1為“等效”，SEA>1年為“衰老”。研究結(jié)果表明：

1、SEA_CpG在準(zhǔn)確預(yù)測精子生理學(xué)年齡方面具有較強(qiáng)能力；

2、SEA_DMR與SEA_CpG在準(zhǔn)確預(yù)測精子生理學(xué)年齡方面性能相當(dāng)，但效應(yīng)有所減弱；

3、相比伴侶SEA<1的女性，伴侶SEA>1的女性在12個月內(nèi)受孕的概率會降低17%，相當(dāng)于SEA_CpG每增加1年，TTP就會延長17%；

4、在控制男性BMI和吸煙狀況以及女性實足年齡、BMI和吸煙狀況后，SEA每增加1年，胎兒就會早產(chǎn)2.13天；

5、吸煙會導(dǎo)致男性精子的生物學(xué)年齡更大，吸煙者SEA均顯著高于非吸煙者。

研究表明男性SEA狀況對受孕成功至關(guān)重要，精子表觀遺傳時鐘可以作為一種新的生物標(biāo)志物來預(yù)測備孕夫婦的TTP。本項研究的研究對象主要為高加索男性和女性，因此有必要對大型不同隊列進(jìn)行分析，以確認(rèn)SEA與其他種族/民族中夫婦妊娠成功之間的關(guān)聯(lián)。

表觀遺傳機(jī)制主要包括DNA甲基化、組蛋白修飾以及非編碼RNA，它不影響基因的核苷酸序列，但對基因表達(dá)產(chǎn)生可遺傳的影響，在精子發(fā)生和男性生育能力中發(fā)揮重要作用。有研究表明，在不改變遺傳物質(zhì)DNA的情況下，父輩甚至可以將某些獲得性性狀通過表觀遺傳的方式遺傳給下一代。諸如毒物、飲食營養(yǎng)異常或壓力等遺傳性環(huán)境暴露可促進(jìn)疾病的表觀遺傳跨代遺傳和表型變異。這些環(huán)境因素可誘導(dǎo)種系（精子和卵子）的表觀遺傳重編程。可喜的是表觀遺傳是可逆的，可以通過表觀遺傳藥物來改變。

表觀遺傳學(xué)的獨特之處在于：機(jī)體的異?？梢噪S著生活方式而改變，進(jìn)而避免遺傳到下一代。隨著表觀遺傳學(xué)研究的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到生活飲食習(xí)慣、環(huán)境因素等因素都可通過影響DNA甲基化或組蛋白修飾來調(diào)控基因表達(dá)。為了個人及下一代的健康，男性在備孕過程中更需要調(diào)整生活方式，以保持個人SEA的年輕化，避免將不良影響遺傳給孩子，那么要怎么調(diào)整呢？本文將主要從生活中高頻情景進(jìn)行分析。

環(huán)境因素改變精子的微小RNA，DNA甲基化或組蛋白修飾，通過受精遺傳給后代，調(diào)控后代基因表達(dá)，影響其表型，從而生物群體在繁衍過程中產(chǎn)生對環(huán)境的跨多代響應(yīng)，并可能形成主動進(jìn)化模式。研究表明，在成熟男性尿液中檢測出的DNA甲基化及去甲基氧化產(chǎn)物與鄰苯二甲酸酯化學(xué)試劑暴露有關(guān)。鄰苯二甲酸酯主要應(yīng)用于聚氯乙烯材料，包括玩具、食品包裝材料、膠管、乙烯地板、壁紙、清潔劑和潤滑油，個人護(hù)理用品如指甲油、頭發(fā)噴霧劑、香皂和洗發(fā)液等數(shù)百種產(chǎn)品中。

空氣質(zhì)量與溫度均可以影響精子濃度及精子數(shù)量?？諝鉁囟龋ǖ蜏兀┡c精子濃度及總的精子數(shù)量成反比；空氣濕度對精子的數(shù)量和質(zhì)量沒有太大影響；PM 2.5直接影響精子的總量；PM 10直接影響精子的容量及形態(tài)，但并不影響精子的濃度和精子活力。

 在飲食習(xí)慣方面，高脂肪飲食誘導(dǎo)的前期糖尿病會改變小鼠精子的甲基化圖譜，在一定程度上傳遞給后代，使后代出現(xiàn)葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗，從而增加了后代患糖尿病的可能性。在果蠅中研究也發(fā)現(xiàn)了對父親飲食的干預(yù)會引發(fā)后代染色質(zhì)狀態(tài)的改變和隔代遺傳肥胖。飲食之外，吸煙、飲酒和熬夜造成的DNA損傷和運動帶來的身體益處已是共識，備孕中的男士應(yīng)盡量約束不良行為，并多多運動。

在心理方面，如恐懼、情緒、精神創(chuàng)傷、環(huán)境壓力等環(huán)境因素，也會對精子產(chǎn)生表觀遺傳學(xué)影響，并通過遺傳影響后代的恐懼行為和糖代謝。因此，備孕中的男士應(yīng)該放松心情，注意調(diào)理心理狀況。

鋅和葉酸常用于男性不育的聯(lián)合補充藥物，精漿中鋅的濃度要比血清中高30倍，葉酸缺乏可改變精子基因組甲基化狀態(tài)。葉酸參與DNA、RNA和蛋白質(zhì)等重要物質(zhì)的合成，它可通過一碳循環(huán)代謝途徑產(chǎn)生S-腺苷蛋氨酸（S-AdenosvlmeIhionine，SAM)，SAM是DNA甲基化過程中主要的甲基供體，在體內(nèi)參與甲基化反應(yīng)，因此，葉酸濃度過高或過低都會影響到基因的甲基化。葉酸不但能夠為DNA甲基化提供甲基供體，還能幫助清除氧自由基，但葉酸要發(fā)揮出最大作用，還需要鋅的適當(dāng)配合。

男性生育能力不僅取決于身份證年齡，更需要精子生理學(xué)年齡的支撐?，F(xiàn)今社會，年輕男士求子而不得者不在少數(shù)，高齡得子者也早非駭人聽聞。保護(hù)好你的精子生理學(xué)年齡，為你的下一代打好基礎(chǔ)，避免“老驥伏櫪”的遺憾！