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目前，全球近10-15%的育龄夫妇遭受不孕不育症困扰。其中，男方因素导致的不育症占近50%。采用临床常规精液检测反映精子细胞动力学参数被认为是评估男性生育力的金指标。但是，近些年临床研究发现，许多不育症患者临床精液常规检测的精子参数各指标均是正常的，这类不育症目前被统称为不明原因(或者无法解释的)不育症。不明原因不育症的发病机制依然不清楚，临床上仍然缺乏有效检测手段，检测指标，金标准来评估这类不明原因的不育症。成熟精子细胞是发育终末阶段的男性生殖细胞，精子细胞结构和功能的正常是保证男性生育力正常的基础。线粒体是真核生物有核细胞内能量供应主要的细胞器。研究发现，线粒体在精子发育、精子功能和受精作用过程中均发挥重要作用。但是，线粒体功能是否在上述这类不明原因不育症患者的精子细胞内出现异常呢？在本课题研究工作中，我们分两部分探讨了精子线粒体功能异常在不明原因男性不育症发病中的潜在作用及其作用机制。第一部分中，我们首先对精子线粒体的亚细胞结构和功能与临床不明原因受精障碍不育症之间的相关性进行分析，探讨了精子线粒体功能异常是否是引起不明原因受精障碍和男性不育的主要发病因素；第二部分中，我们采用线粒体呼吸链抑制剂3-硝基丙酸(3-NPA)在体外模拟线粒体功能障碍，进一步探讨线粒体能量代谢的功能异常和氧化应激状态对精子细胞的临床参数和功能的影响，并且进一步在体外实验中检测了褪黑激素对精子功能性的改善作用。
第一部分不明原因受精障碍的不育症患者临床表型特点、精液指标特征和精子线粒体功能的评估
临床诊断使用常规精液检测来评估精子质量和男性生育力。精液常规的参数可以很大程度反应精子的功能状态，为临床医生评估和诊断男性生育力提供参考。但近些年临床研究发现，许多不育症患者的常规精液检测各指标正常，但是他们在辅助生殖技术治疗中，这些男性患者来源的精子仍然无法和女方正常的卵子形成受精卵。这提示常规精液检测并不能完全反应男性的生育力。为了明确诊断这类不明原因受精障碍的不育症，新的生物标记物或者检测指标亟待被发现。
线粒体是一类半自主细胞器，是真核生物有核细胞内能量的主要来源。精子中的线粒体主要分布在细胞中段的线粒体鞘结构的位置。研究证实，精子线粒体亚细胞结构的完整性和能量物质代谢对精子细胞的正常生理功能非常重要。但是，精子线粒体的功能性是否参与不明原因受精障碍不育症的发病中仍不清楚。
在本部分中，我们设想线粒体功能异常可能是不明原因的男性不育症的重要的致病因素。为了验证该假设，我们在临床上收集了400例因为女方输卵管梗阻或临床上不明原因而接受体外受精-胚胎移植(IVF-ET)治疗的男性不育症患者的精子标本。我们采用透射电子显微镜(transmission electronic microscopy, TEM)技术，流式细胞术(flow cytometry，FCM)，实时定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)技术，激光共聚焦显微镜技术和细胞线粒体能量代谢检测(Seahorse)系统等对采集的患者精子样本的线粒体结构和功能状态(线粒体亚细胞结构，精子线粒体数目和线粒体脱氧核糖核酸拷贝数(mtDNAcopynumber)，线粒体氧化应激状态和线粒体能量代谢状态)进行了检测和分析。临床资料分析结果提示，下降的精子穿透卵子的能力是不明原因受精障碍不育症患者的主要病因。我们的实验结果发现，在不明原因受精障碍不育症患者精子细胞内，线粒体的亚细胞结构异常，过量的活性氧簇(ROS)产生，线粒体脱氧核糖核酸拷贝数(mtDNAcopy number)减少以及线粒体呼吸能力减弱与不明原因受精障碍不育症的发生密切相关。综上所述，我们这部分的研究结果提示，精子线粒体结构和功能性的异常可能是不明原因受精障碍不育症发病的致病因素之一。
第二部分精子线粒体功能异常导致不明原因不育症的机制研究
以往研究证实，线粒体可以通过氧化磷酸化过程合成ATP和生命过程必需的次级代谢产物，进而参与调节细胞的各类生命活动。另外线粒体是细胞内活性氧簇(ROS)的主要来源，线粒体还是细胞内重要的钙离子库，可以调节细胞内钙离子浓度稳态。
精子细胞中的线粒体主要分布在细胞中段的线粒体鞘结构内，线粒体的正常功能的发挥对精子的功能性至关重要。相反，精子线粒体亚细胞结构或者能量和物质代谢过程异常就会导致精子动力学参数异常和男性不育。研究发现，线粒体内活性氧簇(ROS)的过量产生会导致精子细胞的细胞膜脂质成分发生过度氧化，并损伤线粒体脱氧核糖核酸(mtDNA)的完整性，进而影响精子细胞的正常动力学参数，并可能导致精子细胞发生凋亡。线粒体作为钙离子库可以调控精子细胞内钙离子浓度。有研究认为，细胞内钙离子稳态在精卵融合过程和受精卵形成过程中发挥重要的调节作用。研究还发现，线粒体脱氧核糖核酸(mtDNA)的位点突变或者片段缺失与精子细胞功能性异常和男性不育也同样密切相关。
在本部分的研究工作中，我们采用线粒体呼吸链抑制剂3-硝基丙酸(3-NPA)处理常规精液检查结果正常且体外受精-胚胎移植(IVF-ET)辅助生殖技术治疗后的体外受精(IVF)的受精率正常的精子细胞来模拟不明原因不育症患者线粒体功能障碍的精子细胞，并在后续实验中对精子动力学参数、线粒体活性氧簇(ROS)的产生量、线粒体呼吸能力和精子穿透能力进行了检测。接着我们还选用褪黑素作为线粒体功能改善药物对线粒体功能障碍的精子细胞开展了功能性挽救实验。
我们的研究证实，线粒体能量代谢异常和活性氧簇(ROS)的过量产生会抑制精子细胞的正常生理功能，而褪黑素可以有效地改善精子的动力学参数和受精能力。上述研究提示，靶向精子线粒体的治疗药物和疗法可能是未来治疗男性不育症的新方向。
第一部分不明原因受精障碍的不育症患者临床表型特点、精液指标特征和精子线粒体功能的评估
临床诊断使用常规精液检测来评估精子质量和男性生育力。精液常规的参数可以很大程度反应精子的功能状态，为临床医生评估和诊断男性生育力提供参考。但近些年临床研究发现，许多不育症患者的常规精液检测各指标正常，但是他们在辅助生殖技术治疗中，这些男性患者来源的精子仍然无法和女方正常的卵子形成受精卵。这提示常规精液检测并不能完全反应男性的生育力。为了明确诊断这类不明原因受精障碍的不育症，新的生物标记物或者检测指标亟待被发现。
线粒体是一类半自主细胞器，是真核生物有核细胞内能量的主要来源。精子中的线粒体主要分布在细胞中段的线粒体鞘结构的位置。研究证实，精子线粒体亚细胞结构的完整性和能量物质代谢对精子细胞的正常生理功能非常重要。但是，精子线粒体的功能性是否参与不明原因受精障碍不育症的发病中仍不清楚。
在本部分中，我们设想线粒体功能异常可能是不明原因的男性不育症的重要的致病因素。为了验证该假设，我们在临床上收集了400例因为女方输卵管梗阻或临床上不明原因而接受体外受精-胚胎移植(IVF-ET)治疗的男性不育症患者的精子标本。我们采用透射电子显微镜(transmission electronic microscopy, TEM)技术，流式细胞术(flow cytometry，FCM)，实时定量聚合酶链式反应(RT-qPCR)技术，激光共聚焦显微镜技术和细胞线粒体能量代谢检测(Seahorse)系统等对采集的患者精子样本的线粒体结构和功能状态(线粒体亚细胞结构，精子线粒体数目和线粒体脱氧核糖核酸拷贝数(mtDNAcopynumber)，线粒体氧化应激状态和线粒体能量代谢状态)进行了检测和分析。临床资料分析结果提示，下降的精子穿透卵子的能力是不明原因受精障碍不育症患者的主要病因。我们的实验结果发现，在不明原因受精障碍不育症患者精子细胞内，线粒体的亚细胞结构异常，过量的活性氧簇(ROS)产生，线粒体脱氧核糖核酸拷贝数(mtDNAcopy number)减少以及线粒体呼吸能力减弱与不明原因受精障碍不育症的发生密切相关。综上所述，我们这部分的研究结果提示，精子线粒体结构和功能性的异常可能是不明原因受精障碍不育症发病的致病因素之一。
第二部分精子线粒体功能异常导致不明原因不育症的机制研究
以往研究证实，线粒体可以通过氧化磷酸化过程合成ATP和生命过程必需的次级代谢产物，进而参与调节细胞的各类生命活动。另外线粒体是细胞内活性氧簇(ROS)的主要来源，线粒体还是细胞内重要的钙离子库，可以调节细胞内钙离子浓度稳态。
精子细胞中的线粒体主要分布在细胞中段的线粒体鞘结构内，线粒体的正常功能的发挥对精子的功能性至关重要。相反，精子线粒体亚细胞结构或者能量和物质代谢过程异常就会导致精子动力学参数异常和男性不育。研究发现，线粒体内活性氧簇(ROS)的过量产生会导致精子细胞的细胞膜脂质成分发生过度氧化，并损伤线粒体脱氧核糖核酸(mtDNA)的完整性，进而影响精子细胞的正常动力学参数，并可能导致精子细胞发生凋亡。线粒体作为钙离子库可以调控精子细胞内钙离子浓度。有研究认为，细胞内钙离子稳态在精卵融合过程和受精卵形成过程中发挥重要的调节作用。研究还发现，线粒体脱氧核糖核酸(mtDNA)的位点突变或者片段缺失与精子细胞功能性异常和男性不育也同样密切相关。
在本部分的研究工作中，我们采用线粒体呼吸链抑制剂3-硝基丙酸(3-NPA)处理常规精液检查结果正常且体外受精-胚胎移植(IVF-ET)辅助生殖技术治疗后的体外受精(IVF)的受精率正常的精子细胞来模拟不明原因不育症患者线粒体功能障碍的精子细胞，并在后续实验中对精子动力学参数、线粒体活性氧簇(ROS)的产生量、线粒体呼吸能力和精子穿透能力进行了检测。接着我们还选用褪黑素作为线粒体功能改善药物对线粒体功能障碍的精子细胞开展了功能性挽救实验。
我们的研究证实，线粒体能量代谢异常和活性氧簇(ROS)的过量产生会抑制精子细胞的正常生理功能，而褪黑素可以有效地改善精子的动力学参数和受精能力。上述研究提示，靶向精子线粒体的治疗药物和疗法可能是未来治疗男性不育症的新方向。