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高龄男性生育对后代都有哪些影响?

2018-6-12 16:25| 发布者: 得宝宝优生顾问| 查看: 96| 评论: 0|来自: 生殖医学空间

摘要: 高龄男性生育对后代有什么影响?伴随着社会经济发展,国内外男性生育年龄逐渐推迟。2015年开始实施的二孩政策,使得高龄男性生育显著增多。虽然借助辅助生殖技术(ART)可能解决高龄男性的生育问题,但其遗传安全问题 ...

伴随着社会经济发展,国内外男性生育年龄逐渐推迟。2015年开始实施的二孩政策,使得高龄男性生育显著增多。虽然借助辅助生殖技术(ART)可能解决高龄男性的生育问题,但其遗传安全问题不容忽视。随着年龄的增长,受时间和环境的综合影响,男性生精能力下降的同时,精子发生过程中出现的遗传学改变也会增加子代罹患认知神经疾病、常染色体显性疾病、先天性疾病和其他疾病的风险。

关注高龄男性的遗传学改变,优化ART治疗方案,防控因高龄男性生殖生育导致的后代健康问题,是生殖医学临床实践的要求。本文就近20年以来,有关高龄男性遗传学改变的研究报道进行综述,总结高龄男性的遗传学改变的证据,并为防控高龄男性的遗传风险提出建议。
       
随着计划生育政策的逐步放开,中国男性生育年龄呈现了升高的趋势,因此男性对后代健康的影响也越来越受关注。在某男科门诊中,40岁以上患者从2015年的4769例增长到2016年的8235例,分别占男科门诊量的19.5%和27%,出现了较大的增幅;50岁以上的患者门诊量也有提升。

不仅国内如此,国外的高龄男性生育子代的数量也是逐年攀升,在过去的30年,美国30岁以上男性生育后代比例明显增多,而30岁以下男性生育后代比例已经下降,2014年与2013年相比,30岁以下生育男性下降12%,30~34、35~39、40~44岁生育男性均上升2%~3%,45~49岁生育男性上升高达6%,50~54岁生育男性上升4%。
       
高龄男性生育的子代患病风险的增加源于高龄男性的遗传学变化。高龄男性精子DNA损伤程度加深,DNA突变率增加,染色体非整倍突变增高,表观遗传学也发生了变异。
       
高龄男性会使子代产生认知神经疾病,例如孤独症、双向性精神障碍、精神分裂症;常染色体显性疾病,例如软骨发育不全、阿佩尔综合征、成骨不全、眼癌;先天性疾病,例如无脑儿、大血管错位、先天性心室间隔缺损、房室间隔缺损、神经管缺损;其他的疾病,例如神经性失调、神经系统肿瘤。
    
一、高龄男性的DNA水平的改变
       
Evenson证实在高龄男性的精子中,DNA损伤水平比年轻人高。

Moskovtsev等用DNA碎片指数(DFI)作为指标去衡量DNA损伤水平,发现45岁以上的男性DFI水平是年龄≤30岁男性的DFI水平的2倍,分别是32.0%和15.2%。且男性的DFI水平随年龄的增加逐年增加,40岁以后DFI水平急速增加,30~35、35~40、40~45岁男性的DFI水平分别是19.4%、20.1%和26.4%。Nakagawa选取了90个研究项目,共93 839个研究对象,用Meta分析进行了一项系统性的回顾研究,发现DNA损伤与年龄有着紧密的联系,并且不育男性与有生育能力的男性DNA碎片化水平有着明显的区别,提出了对高龄男性不育的治疗应该着眼于精子的前向运动和DNA损伤。

EI-Domyati等通过收集22例22~82岁可育男性的双侧睾丸,分成三组,年轻人组(20~30岁)、中年人组(30~40岁)、老年人组(40岁以上)进行回顾性病例对照研究发现精子DNA损伤程度与男性的年龄呈正相关,PARP-1、PAR、XRCC1、APE1的激活可以引起DNA损伤。Aoki等对149例不育男性的研究发现,鱼精蛋白氨基化和鱼精蛋白浓缩异常可以导致精子的DNA损伤化。且有研究表明DNA损伤与精子浓度、前向运动力、精子总量显著相关,DNA损伤程度高的男性,自然状态下致妊娠率低。
       
高龄男性的生殖细胞DNA的突变数也会增加。DNA突变是一种永久性的DNA序列的改变,发生在DNA的复制,也可以发生在其他细胞过程中。男性生殖细胞处于不停的DNA复制和分化中,40岁的男性生殖细胞DNA的复制周期是40岁的女性生殖细胞的25倍,如此高频率的复制使高龄男性的DNA突变率远高于年轻男性。碱基替换是最常见的父源突变,这会造成在有丝分裂的时候DNA聚合酶连接在核苷酸序列上时发生错误。

Kong对78对冰岛夫妇及其子代的全基因组突变进行测序发现,平均年龄在29.7岁的男性,平均每代人每个单链核苷酸的突变率是1.2×10-8,尤为重要的发现是父亲的年龄在影响核苷酸多态性(SNP)的多样性突变率的因素中有支配性的作用,并通过建立指数模型估计父源突变率每16.5年翻倍一次,每年平均增长两个新突变。
       
高龄男性在DNA水平变化明显,诸多研究为DNA的碎片化在高龄男性中会明显高于年轻男性提供了证据,但其变化机制还不能完全明了,而DNA的突变因为男性生殖细胞中DNA的高频率复制加之活性氧(ROS)对DNA的损伤,随着男性年龄的增长,则更容易出现基因突变。虽然高龄男性产生的DNA突变同样也是人类产生突变基因的重要来源之一,这种新生突变可能会对人类的进化有意义,但是更多的是导致新遗传病的产生。
   
二、高龄男性染色体水平的改变
                  
与染色体结构变异不同,男性的年龄对非整倍体突变的影响只局限在少数染色体上(除了性染色体),例如1、9、21常染色体,而Donate等发现21和22号常染色体在发生二体性变化的比例从0.06%上升到0.1%,但是却没有统计学意义,性染色体比常染色体更容易发生非整倍体突变,但却与年龄没有关系。染色体非整倍体突变是染色体数量的变化,精子的非整倍体突变发生在精子的减数分裂时期,染色体没有均等地分配到子细胞中。大部分的非整倍细胞不会与卵母细胞结合产生子代,但有1%的非整倍体精子与卵母细胞结合形成受精卵,最终产生子代,然而绝大部分的子代有先天出生缺陷或者智力发育迟缓。
       
染色体的整倍体突变是染色数量的变化,是由减数分裂异常引起的,与年龄是否有关尚存在争议。Donate等通过收集10个23~74岁健康男性,分成两组:低龄组(23~37岁)和高龄组(60~74岁),通过荧光原位杂交技术(FISH)分析每个男子的15 000个精子细胞,研究表明在年轻人的精子二倍体率是0.27%,而老年人的精子二倍体率是0.2%,但是这种微小的变化没有统计学意义。也有研究认为整倍体突变与年龄的增长没有关系。整倍体突变和年龄是否有关,研究结果并没有统一,可能与个体差异比较大和样本量少有关。
       
有关染色体突变与年龄的关系的研究尚不完善,特别是与染色体结构变异的研究,十分有限。而有关染色体整倍体突变是否与年龄相关现在还存在争议,染色体的非整倍体突变与年龄的关系也仅仅局限于少数常染色体。
 
三、高龄男性表观遗传学水平的改变
                  
Jenkins等收集了23~56岁的供精者,通过焦磷酸测序分析、微矩阵分析和DNA序列分析发现,在精子DNA中有139个低甲基化的结构域和8个甲基化的结构域,随年龄增高变化,这些结构域中的基因与精神分裂症和双向性精神障碍有关。Atsem等的研究同样也发现随着男性年龄的增高,甲基化水平降低,这些与年龄相关的表观遗传学信号可以遗传到下一代,因而认为高龄男性遗传给下一代的表观遗传特性正是后代产生神经问题和其他复杂疾病的潜在原因。

更有研究表明表观遗传学不仅可以遗传给下一代,还能十分稳定地遗传。随着年龄的不断增加,男性与内毒素接触对组蛋白造成影响,这种表观遗传学的变化不仅仅可以传给下一代,甚至可以隔代遗传。
       
Zhang等对新生儿、年轻成年男性(25岁)、老年男性(75岁)的附睾的miRNAs进行表达模式分析,在新生儿中表达的251种miRNA中仅有109种在成年男性和125种在老年男性中能被探针检测到。miRNA或许可以调控对年龄敏感的基因的表达,但其在附睾中表达种类在不同年龄有所不同。miRNA作为表观遗传学改变是精子发生过程中的参与者,但其随着男性年龄增长会产生变化,其调控机制也尚不能明了。

四、高龄男性生育其后代的影响
                
目前普遍认为父亲生育年龄与儿童癌症及神经系统疾病的发生有关。
       
Contreras等对5856例癌症儿童用条件逻辑回归模型对儿童癌症发病率与男性生育年龄进行分析,得出男性高龄确实与儿童癌症的发病率有关,认为男性高龄是儿童癌症发病的危险因素。Wang等对1978~2009年出生的23 419例儿童癌症和87 593例正常儿通对比研究发现父亲年龄增高会增加儿童癌症的发病率。
       
Janecka等对年龄在12岁的6 234对双胞胎的研究中通过建立geek index指标,表明高龄父亲与自闭症有着复杂的关系。Idring等对4 746例瑞典出生的自闭症谱系障碍的病例建立广义加法模型,评价自闭症谱系障碍与父亲年龄的关系,结果表明两者之间有着显著关系,尤其是伴随着智力残疾的自闭症谱系障碍。
   
五、结语
       
在环境因素和时间因素共同作用下,高龄男性的精子细胞在DNA水平、染色体水平、表观遗传学水平上均有变化,而男性生殖细胞的高速复制频率也使染色体突变和DNA突变的概率更高。20岁的时候男性的染色体复制了150次,而在50岁的时候大概进行了840次,这大大增加了精原干细胞分化成精子过程中染色体复制错误的概率。而DNA的复制频繁,随着年龄的增长DNA复制和修复更加容易出错。由于年龄大在精子发生过程中受环境因素影响的时间长,表观遗传学方面也发生了稳定的可遗传的变化。
       
这些变化都伴随着高龄男性的生育能力下降,但尚没有明确评价男性年龄与生育力关系的体系。而最近的研究都只表明高龄男性仍有生育能力,甚至是90岁的男性仍然可能会有生育能力,而年龄的增长只是生育力下降,没有能明确量化下降多少。想要更加清楚地了解年龄和男性遗传学改变的联系还需继续进行研究。
       
由于二胎政策刚开不久,未来一段时间内高龄男性生育后代的数量会越来越多,已经有许多研究表明男性高龄生育会增加后代患某些疾病的几率,因此未来应进行如何降低、解决高龄男性的遗传学改变对子代的不利影响的研究。Jennings等对是否应该因为父亲高龄做胚胎植入前遗传学诊断(PGD,preimplantation genetic diagnosis)进行了研究,并没有足够的证据支持因父亲高龄需要做PGD,但仍然对高龄父亲提出建议:正常性生活12个月后,女性仍没有怀孕的必须要做精液常规检查,包括精子浓度、精子数、运动力、前向运动力,如有异常推荐复查一次。
       
尽管现代辅助生殖技术已经能降低因父亲高龄而致子代某些疾病的发病率,但在适宜年龄及时生育会更好。或者将精子冷冻,以便随年龄增长或其他因素导致精子质量不佳时有高质量的精子可以用于辅助生殖。

作者 | 张晗  中南大学基础医学院生殖与干细胞工程研究所,范立青 中信湘雅生殖与遗传专科医院
来源 | 《生殖医学杂志》《高龄男性的遗传学改变研究进展》2017年11月刊,独家授权,原文有删减
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参考文献:
[1] Eisenberg ML,Meldrum D.Effects of age on fertility and sexual function[J].Fertil Steril,2017,107:301-304.      
[2] BE H,Curtin SC,Mathews T,et al. Births:Final data for 2014[J].Natl Vital Stat Rep,2015,64:1-64.

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