精液微生物组与代谢组整合分析揭示原发性特发性男性不育的微生态失调机制

《Journal of Translational Medicine》：Integrated profiling of semen microbiota and metabolome reveals dysregulation in primary idiopathic male infertility

本刊编辑推荐：为破解原发性特发性男性不育的病因难题，Yao等研究者开展了精液微生物组（5R 16S rRNA测序）与代谢组（LC-MS）整合分析。研究发现不育患者精液微生物α多样性显著降低，鉴定出45个差异菌群和147个差异代谢物（DEMs），其中γ-Glu-Tyr等4种代谢物展现卓越诊断价值（AUC>0.97）。该研究首次揭示精液微生态失调与代谢紊乱的关联，为不育机制解析和生物标志物开发提供新视角。

　　

在全球范围内，男性不育已成为影响8%-12%育龄夫妇的生殖健康难题。其中，原发性特发性男性不育尤为棘手——患者虽长期无法使伴侣受孕，却无法通过常规检查明确病因。超过半数的不育男性属于此类情况，甚至约25%患者精液参数还在正常范围内。这种"无据可查"的困境，不仅给患者带来沉重的心理社会压力，更凸显了当前诊断手段的局限性。

传统研究多聚焦于精子数量、形态等宏观参数，而对精液微环境关注不足。近年来，随着微生物组学的发展，人们逐渐认识到精液并非无菌环境，其微生物群落可能通过调节局部免疫、氧化应激等途径影响精子功能。同时，代谢物作为生命活动的终端产物，能直接反映机体生理状态。然而，将微生物组与代谢组整合分析，系统揭示其在特发性不育中作用的研究仍属空白。

为此，四川大学华西第二医院生殖医学中心联合四川人类精子库开展了一项创新性研究。团队招募了26名特发性不育男性和14名近期有生育史的健康对照，采用5R 16S rRNA测序技术和非靶向液相色谱-质谱联用（LC-MS）方法，对精液样本进行多组学分析。通过多样性指数、差异丰度检验、相关性网络等手段，深度解析了不育男性精液微生态特征。

关键技术方法

研究纳入40例样本（26例患者/14例对照），严格控质后平均获得272,261条高质量序列。微生物分析采用SMURF框架整合五区域测序数据，代谢组学通过OPLS-DA模型筛选差异代谢物（DEMs），以VIP>1且P<0.05为阈值，结合KEGG通路富集揭示生物学功能。

微生物群落特征

不育组精液微生物α多样性显著降低（Chao1指数P=0.029），但β多样性无显著差异。优势菌门为变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes），物种水平上普罗威登斯菌（Providencia rettgeri）丰度最高。LEfSe分析鉴定出45个差异菌群，其中4个在不育组富集，包括已知与精子质量负相关的沙因德拉不动杆菌（Acinetobacter schindleri）和肠球菌（Enterococcus）。

代谢组学变化

OPLS-DA模型显示两组代谢谱显著分离（R²Y=0.835-0.942），共鉴定147个DEMs，其中131个上调。显著上调的叔丁喘宁（Terbutaline）、组氨酰-天冬氨酸（His-Asp）等代谢物涉及蛋白质消化吸收通路（KEGG），而下调的精氨酰-精氨酸（Arg-Arg）与精子能量代谢相关。

标志物诊断价值

ROC曲线分析显示γ-谷氨酰-酪氨酸（γ-Glu-Tyr）、茚达酮（Indalone）等4种代谢物AUC值超过0.97，展现出卓越的诊断潜力。这些物质可能通过干扰氨基酸代谢或诱导氧化应激影响精子功能。

跨组学关联网络

相关性分析揭示微生物-代谢物-临床指标间的复杂互作：戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）丰度与精子浓度正相关，而变形杆菌（Proteus penneri）与前向运动精子比例负相关。代谢物层面，溶血磷脂酰胆碱18:2（Lpc 18:2）与精子活力正相关，而赖氨酰-谷氨酸（Lys-Glu）和茚达酮（Indalone）与圆细胞数（炎症标志）正相关但抑制精子运动。

该研究首次通过多组学整合策略，系统描绘了特发性不育男性精液微生态失调与代谢紊乱的全景图谱。其创新性不仅在于发现高诊断价值的生物标志物，更通过相关性网络提示微生物可能通过调节局部代谢环境影响精子功能。例如，沙因德拉不动杆菌（Acinetobacter schindleri）携带的脂多糖（LPS）可能诱发炎症反应，而精氨酰-精氨酸（Arg-Arg）的缺失则影响一氧化氮（NO）合成通路。这些发现为理解不育机制提供了新视角，也为开发微生态调节疗法奠定了理论基础。

研究同时指出当前局限：样本量较小、观察性设计难以推断因果、5R测序相较宏基因组分辨率有限等。未来需通过更大队列验证标志物效能，并借助类器官模型等实验体系验证机制。尽管如此，这项发表于《Journal of Translational Medicine》的工作无疑为男性生殖健康研究开辟了新路径，其提出的微生物-代谢物互作框架，将推动不育诊断从形态学向分子生态学层面跨越。