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弱的重要決定因素，不孕癥的發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，也是細胞生物學年齡的代用指標，但卻鮮有人知生理學年齡為何物。
細胞的生物學年齡不等同于生理學年齡，生命過程中累積的內部（例如遺傳）和外部（例如環境、生活習慣）因素均可對生理學年齡造成影響。雄性生殖細胞需要動態表觀遺傳重編程才能從二倍體精原細胞發展為單倍體精子。據牛津大學研究，人類精原細胞每16天分裂一次，相當于一年分裂23次[1]。因此，在男人的一生中，精原細胞在其生殖生命過程中將經歷（以平均壽命為準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（基因間與基因區域）。因此，通過DNA甲基化數據來衡量精原細胞的生理學年齡，或可探尋不孕問題的根源。
精子的生理學年齡能通過測定其DNA的甲基化來進行評估。人體實際年齡和DNA甲基化之間的密切聯系，使得生物學年齡成為大多數體細胞的表觀遺傳時鐘指標。精子發生過程中涉及許多表觀遺傳學調控，表觀遺傳學改變可能是男性不育的病因之一。DNA甲基化模式是在減數分裂期間建立的，與衰老相關的甲基化錯誤的積累可能發生在高度增殖和自我更新的精原細胞中，并在精子發生過程中的細胞分化時繼續積累。DNA甲基化異常，特別是在印跡位點的DNA甲基化異常，與精液質量差相關。此外，異常的精子DNA甲基化與受精率降低和胚胎發育潛能受損有關。但是，雄性生殖細胞的表觀遺傳時鐘發育不全，在預測生物學年齡和生殖結果的效用方面缺乏臨床相關性。
2022年5月13日，美國韋恩州立大學婦產科研究團隊在Human Reproduction發表題為“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年齡（Sperm epigenetic aging，SEA）和伴侶受孕率之間的關系進行了跟蹤性研究調查。
圖1 研究成果（圖源：Human Reproduction）
DNA甲基化是最早發現也是研究最廣泛的表觀修飾，它是指在DNA甲基化轉移酶的作用下，將小化學基團（甲基）共價鍵結合到基因組CpG二核苷酸的胞嘧啶堿基上產生5－甲基胞嘧啶。DNA甲基化主要有以下特點：
①遺傳性，能在細胞或世代間遺傳；
②可逆性的基因表達調節；
③不能用DNA序列變化解釋，而遺傳內容主要以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錄的抑制。在生物發育過程中，基因組DNA甲基化狀態的變化可以調控基因在不同發育時期的特異表達，在機體發育和細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個地區招募無不孕癥且處于備孕狀態的夫婦，收集379位男性精液，并進行長達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年內的妊娠成功率，使用離散時間比例風險模型分析調整協變量與妊娠時間（time-to-pregnancy，TTP）的關系，并評估了吸煙對SEA的影響。
研究人員應用微珠陣列檢測了精液樣本，以評估精子DNA甲基化水平，并采用最先進的集成機器學習算法從精子DNA甲基化數據預測SEA。具體而言，根據差異甲基化區域（SEA differentially methylated regions，SEADMR）和個體CpG（SEACpG）估算SEA。將SEA計算為預測年齡對生物年齡的線性回歸的殘差。SEA的正值被認為是較老的表觀遺傳衰老表型，而負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”。研究結果表明：
1、SEACpG在準確預測精子生理學年齡方面具有較強能力；
2、SEADMR與SEACpG在準確預測精子生理學年齡方面性能相當，但效應有所減弱；
3、相比伴侶SEA<1的女性，伴侶SEA>1的女性在12個月內受孕的概率會降低17%，相當于SEACpG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2.13天；
5、吸煙會導致男性精子的生物學年齡更大，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重要，精子表觀遺傳時鐘可以作為一種新的生物標志物來預測備孕夫婦的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行分析，以確認SEA與其他種族/民族中夫婦妊娠成功之間的關聯。
表觀遺傳機制主要包括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，但對基因表達產生可遺傳的影響，在精子發生和男性生育能力中發揮重要作用。有研究表明，在不改變遺傳物質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、飲食營養異常或壓力等遺傳性環境暴露可促進疾病的表觀遺傳跨代遺傳和表型變異。這些環境因素可誘導種系（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。
表觀遺傳學的獨特之處在于：機體的異常可以隨著生活方式而改變，進而避免遺傳到下一代。隨著表觀遺傳學研究的發展，人們逐漸認識到生活飲食習慣、環境因素等因素都可通過影響DNA甲基化或組蛋白修飾來調控基因表達。為了個人及下一代的健康，男性在備孕過程中更需要調整生活方式，以保持個人SEA的年輕化，避免將不良影響遺傳給孩子，那么要怎么調整呢？本文將主要從生活中高頻情景進行分析。
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環境污染不容小覷
環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，調控后代基因表達，影響其表型，從而生物群體在繁衍過程中產生對環境的跨多代響應，并可能形成主動進化模式。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物與鄰苯二甲酸酯化學試劑暴露有關。鄰苯二甲酸酯主要應用于聚氯乙烯材料，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，個人護理用品如指甲油、頭發噴霧劑、香皂和洗發液等數百種產品中。
空氣質量與溫度均可以影響精子濃度及精子數量。空氣溫度（低溫）與精子濃度及總的精子數量成反比；空氣濕度對精子的數量和質量沒有太大影響；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，但并不影響精子的濃度和精子活力。
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生活習慣需要約束
在飲食習慣方面，高脂肪飲食誘導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。在果蠅中研究也發現了對父親飲食的干預會引發后代染色質狀態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，備孕中的男士應盡量約束不良行為，并多多運動。
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心理狀況需要調整
在心理方面，如恐懼、情緒、精神創傷、環境壓力等環境因素，也會對精子產生表觀遺傳學影響，并通過遺傳影響后代的恐懼行為和糖代謝。因此，備孕中的男士應該放松心情，注意調理心理狀況。
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特殊補劑需要補充
鋅和葉酸常用于男性不育的聯合補充藥物，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。葉酸參與DNA、RNA和蛋白質等重要物質的合成，它可通過一碳循環代謝途徑產生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，在體內參與甲基化反應，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，但葉酸要發揮出最大作用，還需要鋅的適當配合。
男性生育能力不僅取決于身份證年齡，更需要精子生理學年齡的支撐。現今社會，年輕男士求子而不得者不在少數，高齡得子者也早非駭人聽聞。保護好你的精子生理學年齡，為你的下一代打好基礎，避免“老驥伏櫪”的遺憾！
