综述：男性不育中氧化应激相关的程序性细胞死亡：聚焦铁死亡

氧化应激是男性不育患者睾丸细胞中的常见现象，被认为是男性生殖功能障碍的重要致病因素。活性氧（reactive oxygen species, ROS）水平升高可通过激活半胱天冬酶（caspases）并促进线粒体来源自由基生成而损害精子发生，进而导致DNA损伤，并通过细胞凋亡引发细胞死亡。此外，睾丸中的氧化应激还可触发自噬（autophagy），作为男性生殖细胞中另一种程序性细胞死亡形式。针对氧化应激，男性生殖细胞中的自噬与凋亡之间存在复杂的相互作用。近期研究表明，氧化应激还可诱导一种称为铁死亡（ferroptosis）的细胞死亡形式，该过程受铁调控，且不依赖半胱天冬酶。铁死亡由抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）失活以及system Xc⁻功能障碍所启动，继而导致铁依赖性脂质过氧化。因此，在氧化应激条件下，细胞凋亡、自噬与铁死亡的共同作用决定了睾丸细胞的命运。本文综述了睾丸细胞中与氧化应激相关的这三种程序性细胞死亡方式及其在男性不育中的意义，并重点讨论铁死亡。

1 Introduction

文章首先界定男性不育的流行病学背景，指出不育症为全球性生殖健康问题，男性因素约占全部病例的一半。论文强调，活性氧（reactive oxygen species, ROS）过量生成及其继发的氧化应激是男性不育的重要病理基础。ROS在男性生殖系统中并非单纯有害因素，适度ROS参与精子获能、顶体反应及相关生理过程；但当ROS生成超过机体抗氧化防御能力时，即形成氧化应激，可损害男性生育力和胚胎发育。由于精子质膜富含不饱和脂肪酸，且胞质内修复酶有限，因此对氧化损伤尤为敏感。氧化应激可导致脂质过氧化、ATP耗竭、精子运动能力下降，并最终诱发细胞死亡。文章进一步指出，氧化应激一方面影响圆形精子细胞向成熟精子的分化及精子成熟过程，造成精子活力低下、形态异常和DNA碎片化；另一方面也可在精原细胞增殖和减数分裂阶段降低睾丸产精能力。基于此，作者提出理解睾丸细胞死亡机制对于阐明ROS如何影响有丝分裂和减数分裂至关重要，并引出细胞凋亡、自噬与铁死亡三类程序性细胞死亡的综述主线。

2 ROS in Male Germ Cells

本节系统概述男性生殖细胞中ROS的来源及其双重生物学效应。ROS包括超氧阴离子（O₂•⁻）、过氧化氢（H₂O₂）、过氧自由基（ROO•）和羟自由基（OH•）等高反应性分子。文中将ROS来源分为内源性与外源性两大类。内源性来源中，白细胞和未成熟精子是最关键的ROS发生源；其中白细胞可通过葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH）产生高水平NADPH，从而激活NADPH氧化酶并促进ROS生成。未成熟精子由于成熟不完全也可增加ROS释放。支持细胞（Sertoli cells）亦被证实能够产生ROS。此外，精索静脉曲张作为男性不育的重要病因，与氧化应激升高、精子DNA损伤和阴囊温度升高相关。外源性来源则包括环境污染、辐射、吸烟、饮酒、感染、性传播疾病及某些毒物暴露，如镉可造成线粒体功能障碍、线粒体超氧化物升高及细胞色素c释放。文章指出，ROS在低水平时有助于精子获能、超活化、顶体反应、运动及染色质浓缩，并增强精子与透明带结合；然而ROS过量则损伤DNA、脂质和蛋白质，与精子浓度、活力和形态等关键参数下降显著相关，是男性不育发生的重要机制。

3 Apoptosis in Male Infertility

本节聚焦男性不育中的细胞凋亡（apoptosis）机制，指出睾丸生理状态下生殖细胞本就存在较高比例的凋亡，以维持生殖细胞数量与支持细胞支持能力之间的平衡，并清除缺陷生殖细胞以保障精子质量。文章将男性生殖细胞凋亡分为外源性与内源性两条经典通路，二者相互独立但又存在广泛串扰。

3.1 The Extrinsic Apoptotic Pathway in Male Germ Cells

外源性凋亡通路由死亡受体介导，核心是Fas/CD95/APO-1与FasL/CD95L信号轴。支持细胞表达的FasL与生殖细胞表面的Fas受体结合后，引发Fas三聚化并募集Fas相关死亡结构域蛋白（Fas-associated death domain, FADD），继而招募Caspase-8形成死亡诱导信号复合物。该复合物进一步激活效应半胱天冬酶Caspase-3，导致多聚ADP核糖聚合酶（poly-(ADP)-ribose polymerase, PARP）裂解、DNA断裂及细胞死亡。该部分强调，睾丸内支持细胞在死亡受体通路启动中具有关键调控地位。

3.2 The Intrinsic Apoptotic Pathway in Male Germ Cells

内源性凋亡通路主要依赖线粒体，核心调控因子为Bcl-2家族蛋白，包括抗凋亡蛋白Bcl-2、Bcl-xL及促凋亡蛋白Bax、Bak。在正常条件下，抗凋亡成员维持线粒体外膜完整性；而在缺氧、氧化应激和感染等应激状态下，Bax/Bak转位至线粒体并诱导线粒体外膜通透化，促使细胞色素c释放入胞质。细胞色素c与凋亡蛋白酶激活因子-1（apoptotic protease activating factor-1, Apaf-1）结合形成凋亡小体，继而激活Caspase-9和Caspase-3，最终导致PARP裂解、DNA碎片化及细胞死亡。文章还指出外源性通路中的Caspase-8可裂解Bid形成tBid，后者进一步激活Bax/Bak，从而实现外源性和内源性通路之间的交叉放大。

3.3 Relationship Between Oxidative Stress and Apoptosis in Male Infertility

本部分重点分析氧化应激与睾丸凋亡的关联。文章指出，不育男性睾丸中常见高水平凋亡，且ROS水平与射出精液标本中的凋亡程度密切相关。氧化应激可通过多条机制诱导凋亡：其一，ROS促进炎性细胞因子上调并激活c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase, JNK）和p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase, MAPK）通路；其二，硫氧还蛋白（Thioredoxin, Trx）氧化后与凋亡信号调节激酶1（apoptosis signal-regulating kinase 1, ASK-1）解离，激活ASK1信号复合体，进而促进Bax介导的线粒体凋亡；其三，JNK可通过稳定p53促进Bax和PUMA等促凋亡基因表达。另一方面，过量ROS可氧化线粒体内膜心磷脂，导致膜去极化并激活Bax/Bak通道，引发细胞色素c释放。ROS还可激活Fas/FasL系统，启动外源性凋亡。文章尤其强调DNA损伤在ROS诱导凋亡中的中心作用，包括8-hydroxy-2′-deoxyguanosine（8OHdG）相关损伤、碱基修饰、无碱基位点形成及DNA交联等。p53作为“基因组守护者”可在严重DNA损伤时上调BAX或下调Bcl-2，从而促进线粒体凋亡，同时也可增强Fas通路。除DNA损伤外，多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）氧化所形成的丙二醛（malondialdehyde, MDA）和4-羟基壬烯醛（4-hydroxynonenal, 4-HNE）等脂质过氧化产物，也会损害精子活力、形态及受精相关功能，并通过线粒体电子传递链加重ROS产生和凋亡。精索静脉曲张相关男性不育中，热应激与过量ROS被认为是诱导生精细胞凋亡的重要驱动因素。

4 Autophagy in Male Infertility

本节综述自噬（autophagy）在男性生殖中的基础作用及其在氧化应激下的病理意义。

4.1 Autophagy Definition

文章将自噬定义为通过溶酶体降解受损细胞器和蛋白聚集体的过程，又称程序性细胞死亡II型。其起始由ULK1复合体介导，并受哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin, mTOR）通路负向调控。在应激刺激下，mTORC1受到抑制，ULK1激活并促进PI3K复合体、Beclin-1、ATG家族蛋白及微管相关蛋白轻链3（microtubule-associated protein light chain 3, LC3）参与吞噬泡形成、延伸与自噬体成熟，最终与溶酶体融合形成自噬溶酶体并完成降解与回收。

4.2 The Role of Autophagy in Male Germ Cells

作者指出，自噬在精子发生全过程中具有重要生理功能，包括维持精原干细胞、支持分化精原细胞存活以及参与顶体发生。Atg7缺失可导致顶体形成障碍并呈现类似人类圆头精子症表型。自噬还参与Leydig细胞睾酮生成。适度自噬具有细胞保护作用，可缓解高糖和缺氧所致睾丸损伤；而自噬缺陷，尤其在支持细胞中，可导致曲细精管排列异常、精子头部畸形及细胞骨架组织紊乱。

4.3 Critical Regulators of Autophagy in Male Germ Cells

本小节总结了男性生殖细胞中自噬的关键调控网络。mTOR是核心负调控分子，而PI3K、MAPK及HIF-1α/Beclin-1通路也广泛参与调节。人精子中已检测到LC3、Atg5、Atg16、Beclin 1、p62、mTOR、AMPKα1/2及PINK1等自噬/线粒体自噬相关成分，提示线粒体自噬可能参与调节精子活力和存活。

4.4 Relationship Between Oxidative Stress and Autophagy

文章认为，氧化应激既可诱导保护性自噬，也可在持续或过度应激下导致有害性自噬。ROS通过激活AMP活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase, AMPK）、抑制PI3K/Akt/mTOR通路等方式促进自噬启动。线粒体既是ROS来源又是其靶点，线粒体电子传递链被认为是睾丸细胞中启动自噬的重要内源性H₂O₂和O₂•⁻来源。ROS还可激活HIF-1α、NF-κB、p53、FOXO3和Nrf2等转录因子，其中轻中度缺氧通过HIF-1α、BNIP3及Beclin-1轴诱导自噬。谷胱甘肽（glutathione, GSH）耗竭亦可触发自噬。文中结合高温、精索静脉曲张、铜暴露、内分泌干扰物和镉暴露等模型说明，氧化应激诱导的自噬可能一方面通过清除受损蛋白和细胞器维持精子发生稳态，另一方面在过度激活时加重生精功能异常和精子运动力下降。

5 Ferroptosis in Male Infertility

本节为全文重点，系统讨论铁死亡（ferroptosis）的定义、分子基础及其与男性不育的关系。铁死亡是一种氧化性、铁依赖性、非凋亡性细胞死亡方式，在形态学、生化学和遗传学上均区别于凋亡和自噬。其典型特征包括GSH减少、谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）活性下降、脂质过氧化积累以及游离铁升高。文章指出，system Xc⁻由SLC7A11和SLC3A2组成，负责半胱氨酸/谷氨酸转运并支持GSH合成；erastin、sulfasalazine和sorafenib等可通过抑制该系统诱导铁死亡，而RSL3等则直接抑制GPX4。铁代谢方面，转铁蛋白受体1（transferrin receptor 1, TFR1）、二价金属转运体1（divalent metal transporter 1, DMT1）、铁蛋白轻链（ferritin light chain, FTL）、铁蛋白重链1（ferritin heavy chain 1, FTH1）及铁输出蛋白ferroportin共同维持细胞铁稳态；游离Fe²⁺可通过Fenton反应促进羟自由基生成并加剧脂质过氧化。脂质过氧化方面，花生四烯酸和肾上腺酸含量丰富的磷脂酰乙醇胺（phosphatidylethanolamines, PE）是优先氧化底物，其生成依赖ACSL4和LPCAT3。脂氧合酶（lipoxygenase, LOX）尤其是ALOX15参与产生PL-PUFA-OOH，而GPX4可将其还原为无毒脂醇。相对地，单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acids, MUFAs）及SCD1/SREBP1/ACSL3轴可增强抗铁死亡能力。除GPX4外，FSP1/CoQ10/NAD(P)H系统、DHODH/CoQH₂系统以及GCH1/BH4轴也构成铁死亡防御网络。氨基酸代谢方面，谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸及丝氨酸、蛋氨酸代谢均通过影响GSH和GPX4稳态调节铁死亡敏感性。

6 Interaction Between Autophagy, Apoptosis and Ferroptosis

该部分总结三种程序性细胞死亡之间的交叉调控。凋亡与铁死亡之间，p53是关键枢纽，既可通过抑制SLC7A11促进铁死亡，也可通过DPP4抑制铁死亡；ACSL4、Bid、Caspase-2及GPX4抑制剂所触发的混合表型也提示二者存在重叠。自噬与铁死亡之间，选择性自噬过程如铁蛋白自噬（ferritinophagy）、脂滴自噬（lipophagy）、时钟自噬（clockophagy）、线粒体自噬（mitophagy）和伴侣介导自噬（chaperone-mediated autophagy, CMA）均可通过释放铁、促进脂质底物动员或降解GPX4而增强铁死亡。Beclin-1及p62-KEAP1-NRF2轴则连接自噬调控与氧化还原稳态。自噬与凋亡之间，Beclin-1可被半胱天冬酶裂解，Bcl-2/BCL-xL可抑制自噬；AMPK及p53则分别通过Bcl-2和PTEN-AKT-mTORC1轴协调两者平衡。

7 Ferroptotic Cell Death in Male Infertility

文章指出，尽管直接证据尚有限，但氧化应激、脂质过氧化、铁稳态失衡和GSH代谢紊乱的汇聚已强烈提示铁死亡参与睾丸功能障碍。前临床研究显示，在急性氧化应激下，小鼠圆形精子细胞和粗线期精母细胞中ALOX15、ACSL4升高而GPX4下降，铁死亡抑制剂可逆转此过程。Nrf2敲除小鼠中，铁死亡被证实与少精子症和精子活力下降相关。临床相关研究提示，人精子在花生四烯酸诱导下可出现ROS升高、ΔΨm下降、Fe²⁺增加、GPX4下调等铁死亡特征。精索静脉曲张、泌尿生殖道感染、隐睾、弱精子症和非梗阻性无精子症等状态中，也观察到铁代谢紊乱、ACSL4升高、GPX4/SLC7A11异常及氧化应激增强，支持铁死亡与男性不育之间存在关联。

8 Induction of Testicular Ferroptosis by Drugs, Lifestyle and Environmental Factors

本节归纳吸烟、药物及环境暴露诱导睾丸铁死亡的证据。重度吸烟者精浆中GSH降低而铁和脂质ROS升高；busulfan、顺铂、抗PD-1治疗、镉、DEHP、PM2.5、丙烯醛、亚砷酸盐、雷公藤多苷及无定形二氧化硅纳米颗粒等均可通过不同机制破坏Nrf2、SLC7A11、GPX4、铁输出或脂质稳态，促进睾丸或支持细胞铁死亡。文中同时指出，在部分毒物模型中，自噬、凋亡与铁死亡可并存并共同参与睾丸损伤，但其直接因果关系仍需进一步研究。

9 The Impact of Antioxidant Treatment on Oxidative Stress–Induced Programmed Cell Death in Male Infertility

文章最后总结了抗氧化与抗铁死亡干预的潜在治疗价值。维生素E、司美格鲁肽、Guhan Yangsheng Jing、Guilu-Erxian-Glue、α-硫辛酸、去铁胺、Ferrostatin-1、硫化氢、姜黄素、槲皮素、N-乙酰半胱氨酸、枸杞多糖、白藜芦醇、Trolox及Astragalin等在不同动物或细胞模型中可通过降低脂质过氧化、减少铁积聚、恢复GSH/GPX4轴、增强Nrf2信号或抑制凋亡改善睾丸损伤和精子质量。作者据此认为，针对氧化应激相关程序性细胞死亡，尤其是铁死亡的干预，可能为男性不育提供新的治疗方向。

10 Conclusion and Prospects for Future Research

结论部分指出，传统上被认为主导睾丸氧化应激损伤的凋亡和自噬之外，铁死亡已成为第三种重要程序性细胞死亡方式。其核心机制不仅包括抗氧化能力下降和脂质过氧化增强，还涉及铁蓄积及Fenton反应放大损伤。三种细胞死亡方式之间存在复杂交互，但目前研究总体仍处于早期阶段。未来应进一步开发靶向氧化应激、脂质过氧化和铁失衡的新型治疗策略，包括纳米医学递送系统及铁死亡调节剂，以期更有效保护精子和睾丸微环境并改善男性生殖结局。