カテゴリー: 男性不妊

非閉塞性無精子症(NOA)は、男性不妊のなかでも最も重い病態のひとつです。射出精液中に精子がまったく存在せず、原因は精巣そのものの造精機能の障害にあります。治療の選択肢は限られており、顕微鏡下精巣内精子採取術(micro-TESE、以下mTESE)が生物学的な父親になるための唯一に近い手段ですが、実際に精子を回収できる確率は40〜60%程度とばらつきがあり、手術前にその成否を見通す指標が乏しいことが、患者への説明や意思決定を難しくしてきました。

一方、腸内細菌は短鎖脂肪酸や炎症性メディエーターを介して全身に作用し、性ホルモンの代謝や血液精巣関門の維持にも関与するとされ、『腸精巣軸』と呼ばれる双方向のネットワークが想定されています。原因不明の男性不妊やNOAの患者では健常男性と異なる腸内細菌プロファイルが報告されてきましたが、腸内細菌叢とmTESEの手術結果を関連づけて体系的に調べた研究は、これまで存在していませんでした。こうした空白を埋める研究が、Journal of Assisted Reproduction and Genetics誌に2026年に掲載されました(DOI: 10.1007/s10815-026-04002-0)。台北栄民総合医院で実施されたこの前向きコホート研究は、39人の無精子症男性の便を全長16S rRNA遺伝子シーケンシングで解析し、腸内細菌叢の組成が手術による精子回収の成否とどう関わるのかを検証しています。

方法──39人の無精子症患者の便を、次世代シーケンサーで読む

研究対象は、2022年5月から2024年1月にかけて台北栄民総合医院でTESEを受けた無精子症の男性39人です。このうち14人は精管切除後などによる閉塞性無精子症(OA、造精機能自体は正常)、25人が非閉塞性無精子症(NOA)でした。NOAの原因は特発性が15人(60%)と最多で、悪性腫瘍治療後やY染色体AZFc微小欠失などが続きます。NOA群は血清FSH(15.5±15.2 vs 4.7±3.6 mIU/mL、p=0.009)、LH(9.0±8.1 vs 4.5±2.0 IU/L、p=0.006)がOA群より有意に高く、原発性の精巣機能不全を反映する内分泌像が確認されています。全員が手術当日に排便検体を提供し、PacBio社のロングリード技術で解析しました。NOA群はさらに、mTESEで精子が回収できた群(NOA(+)、13人、52%)とできなかった群(NOA(−)、12人、48%)に分けて比較され、両群のあいだに年齢・BMI・ホルモン値の有意差はありませんでした。

同じ『無精子症』でも、腸内細菌はまるで違う

腸内細菌叢の全体像を見ると、優勢な4つの門のうちFirmicutesはどちらの群でも最多(OA 64.0%、NOA 62.8%)で差はありませんでしたが、Bacteroidota(OA 28.47% vs NOA 23.47%、p<0.001)は減少し、Proteobacteria(OA 3.76% vs NOA 9.72%、p<0.001)は増加しているという、はっきりした偏りがNOA群に確認されました。約2.6倍に増えたProteobacteriaは、リポポリサッカライド(LPS)という強力な内毒素を産生する細菌を多く含む門で、腸内環境の不安定さを示す指標です。検出されたOTU(細菌の種類を区別する分類単位)は両群合わせて8,876種類にのぼり、共通していたのはわずか922種類(10.4%)でした。

細菌の多様性そのもの(アルファ多様性)には群間で差はありませんでしたが、個体間でどれだけ組成がばらついているか(ベータ分散)は、NOA群のほうが有意に大きいという結果でした(weighted UniFrac p<0.001)。NOA群は細菌の種類数自体は変わらないものの個人差が大きく、より不安定な腸内環境にあると解釈できます。LEfSe解析でも、OA群では短鎖脂肪酸を産生するLachnospiraceae科やRoseburia属など『腸に優しい』細菌群が優勢という結果が示されています。

精子が『見つかる』人と『見つからない』人を分けるもの

本研究のもう一つの核心は、mTESEにより精子が回収できたNOA(+)群と、できなかったNOA(−)群の腸内細菌叢を比較した部分です。両群のOTU構成はほとんど重なっておらず、合計5,762種類のうち共通していたのはわずか330種類(5.7%)でした。最も際立った違いはFirmicutesとBacteroidotaの比率(F/B比)で、NOA(+)群ではこの比率が有意に高く、Firmicutesの相対存在量は中央値で約72%(NOA(−)群は約59%)、Bacteroidotaは約18%(同約30%)と両者が逆方向に動いていました。種レベルではFinegoldia magnaというグラム陽性の嫌気性球菌が、NOA(+)群で有意に増加していました(いずれもp<0.05)。

LEfSe解析でも同様の傾向が確認され、NOA(+)群ではFinegoldia magnaなどFirmicutes門の細菌が優勢だった一方、NOA(−)群ではBacteroides属、Blautia属、Parabacteroides属などBacteroidota門を中心とした細菌が優勢でした。興味深いのは、過去に原因不明の男性不妊でAnaerococcus属の減少が報告されていた点との対比です。今回はNOA(+)群(残存する造精機能がある群)でAnaerococcus属がむしろ増えており、同じ属でも不妊の病態や文脈によって関連の方向が異なりうることが示唆されています。

腸から精巣へ──『腸精巣軸』という仕組み

なぜ腸内細菌の構成が、精巣での造精機能と結びつくのでしょうか。ひとつの鍵は、Bacteroidota門やLachnospiraceae科の細菌が産生する短鎖脂肪酸(SCFA)、特に酪酸(ブチレート)です。動物実験では、無菌マウスに酪酸産生菌を定着させると、血液精巣関門のタイトジャンクションタンパク質の発現が回復し、精巣内のテストステロン濃度が上昇したことが報告されています。今回の研究でOA群に多かったLachnospiraceae科やRoseburia属などはいずれもSCFA産生菌で、NOA群ではこうした『腸に優しい』細菌が相対的に減少していました。

SCFAの供給が乏しくなると、腸管バリアと血液精巣関門の両方が弱まり、腸内細菌由来のエンドトキシン(LPS)が全身循環に入り込みやすくなります。実際、NOA群ではLPS産生に関わることの多いProteobacteria門が増加しており、循環中のLPSがLeydig細胞でのステロイド産生を抑制し酸化ストレスを引き起こすという既存の知見とも符合します。ただし、こうした仕組みの多くは動物実験にもとづく推論であり、今回の研究自体は一時点の腸内細菌叢を調べた観察研究です。腸内細菌の違いが精巣機能の結果か原因かは、この研究単独では判定できません。

腸内細菌で、手術の成否を予測できるか

研究チームは、ROC解析で腸内細菌の指標が精子回収の成否をどの程度予測できるかも検証しています。F/B比はAUC 0.763(95% CI 0.544〜0.934)で、カットオフ値2.20以上のとき感度76.9%、特異度75.0%という中程度の識別性能を示しました。一方Finegoldia magnaの相対存在量はAUC 0.756(95% CI 0.551〜0.923)で、感度は46.2%とやや低いものの8.7%以上というカットオフでは特異度100%という結果が得られています。この菌が男性の生殖機能と関連づけられた報告はこれまでになく、今回が初めての知見とされています。数値はいずれも95%信頼区間の幅が広く、探索的な位置づけにとどまる点に注意が必要です。

日本の生殖医療現場への含意

日本では、非閉塞性無精子症に対するmTESEは保険適用のもとで広く実施されていますが、術前に精子回収の可能性を見通す手段は限られており、患者への説明は精巣容積やホルモン値、組織所見などにもとづく確率的な情報にとどまっているのが実情です。今回のような腸内細菌マーカーが将来的に非侵襲的な補助情報として利用できれば、便検体という比較的負担の少ない方法で手術前カウンセリングに新たな材料を加えられる可能性があります。ただしF/B比やFinegoldia magnaの値は既存の臨床指標を補完する候補であり、それ単独でmTESEの適応を決める基準にはなりません。

研究の強みと限界

この研究は、NOA患者の腸内細菌叢とmTESEの結果を体系的に結びつけた最初の報告とされ、全長16S rRNA遺伝子のロングリードシーケンシングで種レベルまで踏み込んだ解析を行っている点に強みがあります。一方、39人という症例数は大規模集団への一般化には限られた規模であること、16S rRNA解析は細菌の種類を明らかにできても代謝機能までは評価できないこと、一時点の便検体のみで経時的な安定性が未確認であること、ROC解析のカットオフ値が外部検証を経ていないこと、台湾の単一施設からの登録であることが限界として挙げられています。

おわりに

今回の研究は、非閉塞性無精子症という原因の見えにくい病態において、腸内細菌叢の組成がmTESEによる精子回収の成否と関連することを、初めて体系的に示したものです。Firmicutes-to-Bacteroidota比の上昇とFinegoldia magnaの増加が残存する造精機能を持つ患者群で確認され、AUC 0.76前後という中等度の予測性能が得られました。腸精巣軸を介した炎症性メディエーターや短鎖脂肪酸の関与が背景として想定されていますが、これらは仮説の域を出ておらず、より大規模で多施設にわたる前向き研究が今後の課題として位置づけられています。

参考文献

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男性因子は不妊症全体の30〜50%を占めるとされ、その内訳は精巣機能の異常(60〜70%)、閉塞性要因(10〜20%)、内分泌要因(5〜15%)、そして原因不明の特発性不妊(30〜40%)に分類されます。近年、この特発性不妊の一因として注目されているのが、微量元素である鉄の代謝異常です。

鉄は酸化還元反応を担う多くの酵素の必須成分であり、精子形成に欠かせない一方、過剰になると活性酸素種(ROS)を生み出す触媒としても働きます。この「必要だが、過剰は毒」という二面性は生殖機能で特に顕著とされ、精巣内での鉄の蓄積がライディッヒ細胞の機能を障害し、テストステロン合成を妨げるとする報告も蓄積してきました。しかし、こうした知見の多くは個別の観察研究や動物実験にとどまり、精液・血清の鉄濃度と男性不妊との関連を定量的に統合した検証は限られていました。

こうした背景を受け、The Aging Male誌(2026年、DOI: 10.1080/13685538.2026.2719882)に、精液および血清中の鉄濃度と男性不妊との関連を検証したシステマティックレビュー・メタ解析が掲載されました。2025年4月までに発表された研究を対象に、PubMed、Cochrane Library、中国の医学文献データベース(CBM・CNKI)を横断的に検索し、条件を満たした10件の症例対照研究、合計985人分のデータを統合した解析です。

方法──10件の研究、985人分のデータを統合

解析の対象となったのは、不妊症の男性479人と、精巣・精巣上体・精管に異常のない健常な男性506人です。両群の平均年齢は、不妊群が28.82歳、対照群が27.4歳でした。研究の選定はPRISMA(システマティックレビューとメタ解析のための優先報告項目)の指針に沿って行われ、事前にPROSPERO(登録番号:CRD420261449363)にプロトコルが登録されています。

検索により493件の論文が抽出され、初期スクリーニングを経て260件が候補として残りました。さらに詳細な検討により250件が除外され、最終的に精液または血清の鉄濃度を定量的に報告していた10件の症例対照研究が解析対象となりました。研究の質はNewcastle-Ottawaスケール(NOS)で評価され、6点以上を中等度〜高品質と判定しています。効果量は標準化平均差(SMD)と95%信頼区間(CI)で表され、研究間のばらつき(異質性)が大きい場合はランダム効果モデルが、小さい場合は固定効果モデルが用いられました。

精液の鉄はわずかに、血清の鉄は大きく高かった

解析の結果、不妊症の男性は健常な対照群に比べて、精液中・血清中いずれの鉄濃度も高い傾向が示されました。

精液中の鉄濃度については、SMD 0.44(95% CI: 0.12〜0.76、P<0.05)と、統計的に有意な差が確認されました。これは中程度の効果量に相当し、研究間のばらつきを示す異質性の指標であるI²は47.8%(異質性検定 p=0.105)と、比較的許容できる範囲にとどまっています。

一方、血清中の鉄濃度については、SMD 3.77(95% CI: 1.68〜5.87、P<0.05)と、精液の値を大きく上回る効果量が算出されました。数値だけを見れば「血清鉄のほうが不妊との関連が強い」という印象を受けますが、この結果には重要な注意点があります。異質性の指標I²は98.5%(p<0.001)ときわめて高く、統合された研究間で結果のばらつきがきわめて大きいことを意味しています。

血清鉄のSMD 3.77──大きな数字をそのまま受け取れない理由

異質性がここまで高い場合、統合された効果量は「研究全体の平均像」というより、性質の異なる研究を無理に足し合わせた結果である可能性が高くなります。論文の著者らは、感度分析(1件ずつ研究を除外して結果への影響を確認する手法)を実施し、特定の1研究が結果を極端に歪めているわけではないことを確認した一方で、検査手法・対象者の背景疾患・食事内容・採血条件といった詳細な情報がほぼすべての元論文で欠けており、異質性の原因を統計的に特定するサブグループ解析やメタ回帰分析はできなかったと述べています。

そのため、血清鉄に関する今回の結果は、確定的な結論ではなく「仮説を生み出す段階の予備的な知見」と位置づけられています。精液鉄・血清鉄いずれの解析も、統合された研究数はわずか5件にとどまっており、少数の研究による統合では、信頼区間が見かけ上狭く算出され、実際以上に精度が高い結果であるかのように見えてしまう危険性(見せかけの精度)も指摘されています。ファンネルプロット(出版バイアスを確認する図)による評価も行われ、RevManで作成された図は左右対称でしたが、研究数が10件に満たない場合はこの図の解釈力自体が低いことも付記されています。

なぜ鉄が精子を傷つけるのか──フェントン反応とフェロトーシス

鉄が精子に悪影響を及ぼす生物学的な経路については、複数の基礎研究がメカニズムを説明しています。

精液中の鉄は、主に前立腺や精嚢などの副生殖腺の分泌物に由来し、鉄を運搬するタンパク質であるトランスフェリンの5分の4はセルトリ細胞(精巣内で精子細胞を育てる「ナースセル」とも呼ばれる細胞)から供給されています。無精子症の患者では、精液中のトランスフェリンやフェリチン(鉄を貯蔵するタンパク質)の濃度が低下していることが報告されており、鉄の受け渡しの仕組みが精子形成と密接に関わっていることがうかがえます。

過剰な鉄は、フェントン反応と呼ばれる化学反応を介して活性酸素種を発生させ、精子の細胞膜を構成する脂質を酸化させます(脂質過酸化)。これにより精子の運動率が低下するほか、DNA損傷や異常形態の増加、受精に必要な先体反応(卵子の膜を通過するための反応)の障害も引き起こされるとされています。

近年注目されているのが、鉄依存性の細胞死である「フェロトーシス」です。過剰な鉄を細胞外に排出するタンパク質(フェロポーチン、FPN)の働きが抑制されると、細胞内に鉄が閉じ込められた状態(iron-trapping)となり、局所的な鉄の蓄積が進みます。動物実験では、環境ホルモンの一種であるDEHPにさらされたマウスで、血清鉄の上昇を伴わずに精巣内だけで鉄が蓄積し、Nrf2/GPX4/SLC7A11という酸化ストレス防御にかかわる経路が抑制されて、セルトリ細胞のフェロトーシスが誘導されることが確認されています。セルトリ細胞のフェロトーシスは、血液精巣関門を構成するタンパク質(ZO-1、Occludin)の働きを弱め、精子形成の場そのものを不安定にすると考えられています。

なお、精子のもとになる細胞の中でも、酸化障害への感受性には差があります。多価不飽和脂肪酸を豊富に含む円形精子細胞は酸化障害を受けやすい一方、パキテン期精母細胞は比較的耐性が高いとされ、鉄によるダメージの受けやすさは精子形成の段階によっても異なることが示唆されています。

一方で、鉄は不足しても問題を起こします。動物実験では、鉄欠乏がマウスの精細管に変性を招き、精子濃度を低下させ、妊孕性を損なうことが確認されています。すなわち鉄は「多すぎても、少なすぎてもいけない」という、狭い至適範囲を持つ元素だといえます。

臨床現場での意味──精液検査だけでは見えない要因

臨床現場では、男性不妊の評価は精液中の精子濃度・運動率・形態といった標準的な検査項目が中心です。しかし今回の知見が示すように、これらの標準項目に異常がなくても、鉄代謝の乱れが受精率や妊娠率に影響している可能性があります。実際、先行研究では、精液中の鉄バイオマーカーが精子DNAの状態や生殖補助医療(ART)における累積生児出生率と関連することや、精液中の金属濃度がART成績と関連することが、精子濃度・運動率・形態とは独立に報告されています。

日本では、男性不妊の原因の3〜4割が原因不明の特発性不妊に分類されるとされており、鉄代謝の異常はその内訳を説明しうる要因の一つと位置づけられる可能性があります。ただし、今回の結果はあくまで観察研究の統合であり、鉄濃度を下げる治療(鉄キレート療法など)や食事指導が実際に精液所見や妊娠率を改善するかどうかは、依然として検証されていません。「鉄が高いから不妊になる」という一方向の物語ではなく、「鉄代謝の乱れは、確率としての不妊リスクの一因になりうる」という慎重な捉え方が求められます。

研究の強みと限界

今回のメタ解析は、PRISMAの指針に沿った系統的な検索と、事前登録されたプロトコルに基づいて実施された点で、方法論的な透明性を備えています。一方で、いくつかの重要な限界も指摘されています。

第一に、統合された研究はすべて症例対照研究であり、観察研究である以上、未測定の交絡因子の影響を排除できず、鉄濃度の上昇と男性不妊のあいだに因果関係を証明することはできません。第二に、血清鉄の解析ではI²=98.5%という極めて高い異質性が検出されましたが、検査手法や対象者の基礎疾患、食事内容、採血条件といった詳細情報が元論文でほとんど報告されておらず、異質性の原因を統計的に切り分けるサブグループ解析やメタ回帰分析を実施できませんでした。第三に、喫煙、肥満、飲酒といった生活習慣要因についても報告が一貫しておらず、十分に統制されていません。さらに、精液鉄・血清鉄それぞれの解析対象がわずか5件の研究にとどまっている点も、結果の頑健性を評価するうえで無視できない制約です。

おわりに

今回のシステマティックレビュー・メタ解析は、不妊症の男性で精液中・血清中いずれの鉄濃度も、健常な対照群より有意に高いことを示しました(P<0.05)。男性不妊の原因は遺伝的要因、内分泌要因、環境要因、生活習慣要因など多岐にわたりますが、鉄代謝の異常はこれまで十分に注目されてこなかった要因の一つとして位置づけられます。特に血清鉄で観察された関連は、統計的には大きな効果量を示しながらも、研究間の異質性が極めて高く、確定的な結論を導く段階には至っていません。今後は、鉄濃度の上昇が精子形成障害を引き起こす因果的なメカニズムの解明や、鉄キレート療法・生活習慣の改善が精液所見やホルモンプロファイル、生殖アウトカムの改善につながるかどうかを検証する研究が求められます。

参考文献

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精子が女性の生殖管を安全に進み、卵子と受精するためには、核の中のDNAを極限まで小さく折りたたみ、傷から守る仕組みが必要です。この折りたたみを担うのが「プロタミン」と呼ばれる塩基性タンパク質で、精子が成熟していく過程でヒストンという別のタンパク質を置き換えることでDNAを強く凝縮させます。ヒトやマウスなどの一部の哺乳類では、プロタミンには1型(PRM1)と2型(PRM2)の2種類があり、その比率は種によって決まっています(ヒトではおよそ1対1、マウスでは1対2)。この比率が崩れることは、ヒトでもマウスでも精子の質の低下や不妊と関連することが知られており、実際に一部の不妊外来ではPRM1/PRM2比の測定が精子検査の一項目として使われています。

では、このプロタミン比さえ正常であれば、精子のDNA凝縮は健全だと判断してよいのでしょうか。比率という「量のバランス」だけを見ていて、プロタミンが正しく「成熟」しているかという質的な問題を見落としてはいないでしょうか。この問いに、マウスを用いた実験で答えを示した論文が、Andrology誌(2026年)に掲載されました(DOI: 10.1111/andr.70363)。ドイツとスペインの研究チームによるこの研究は、PRM1とPRM2をそれぞれ1コピーずつ欠くマウス(以下、dHETマウス)を新たに作出し、比率が正常に見える状態でも重篤な不妊が生じることを明らかにしています。

方法──PRM1とPRM2を1つずつ欠くマウスを、どう作り、何を調べたか

研究チームは、CRISPR/Cas9によるゲノム編集で、Prm1遺伝子とPrm2遺伝子の片方のコピー(対立遺伝子)だけをそれぞれ欠損させたマウス(dHETマウス)を作出しました。既存のPrm2欠損マウスの受精卵にPrm1を標的とするガイドRNAとCas9を導入する方法がとられ、遺伝子型は複数の系統で確認されています。

得られたdHETの雄マウスについて、雌との交配で妊娠率・産仔数を調べる繁殖試験、精子タンパクの電気泳動・ウエスタンブロットによるプロタミン量と比率の測定、CMA3染色による凝縮状態の評価、8-OHdG免疫染色による酸化ストレスの評価、透過型電子顕微鏡(TEM)による核の微細構造観察、そして体外での胚発生の観察が行われました。比較対象には、正常な野生型(WT)マウスに加え、PRM1あるいはPRM2の片方だけを欠損させたマウスのデータも用いられています。

プロタミンの量も比率も、正常だった

繁殖試験の結果は明確でした。dHETの雄マウス(2系統、計11匹)を用いた交配では、妊娠したメスは1匹もいませんでした。一方、野生型の雄との交配では68%の頻度で妊娠が成立し、平均産仔数は1腹あたり7匹でした。dHETマウスは完全な不妊であるといえます。

興味深いのは、その原因が一見「見えない」ことです。研究チームがdHET精子のプロタミン総量とPRM1/PRM2比を測定したところ、野生型と比べて有意な差は見られませんでした。これは、PRM1だけを1コピー欠くマウス(比率が1対5までシフトし、妊性が低下することが分かっている)とは対照的です。つまり、PRM1とPRM2を同時に1コピーずつ失うと、量的なバランスの乱れという分かりやすい異常は表に出てこないまま、完全な不妊に至っていたのです。

「成熟」できていないプロタミン――前駆体が6割を占めていた

PRM2というタンパク質は、はじめは「前駆体(pre-PRM2)」という未成熟な形で作られ、DNAに結合した後にN末端の一部が切断されることで、初めて機能的な「成熟型(mPRM2)」になります。研究チームがこの成熟の過程を詳しく調べたところ、dHET精子では成熟型PRM2の量が有意に減少し、逆に未成熟な前駆体の量は有意に増加していました。数値で見ると、dHET精子ではPRM2全体のうち60.36%が未成熟な前駆体のまま残っていました。これは、PRM1だけを欠くマウス(前駆体の割合はおよそ55%)やPRM2だけを欠くマウス(およそ35%)と比べても高い値であり、dHETマウスでプロタミンの成熟障害がもっとも重度であることを示しています。

精子の99%が「protamination不足」

プロタミンによるDNA凝縮が不十分かどうかを調べる代表的な方法に、CMA3染色があります。CMA3は、プロタミンによって正しく凝縮されたDNAには結合しにくく、凝縮が不十分な部位に強く結合する性質を持つ色素です。dHET精子では、精巣上体尾部(成熟した精子が蓄えられる部位)で99%の精子がCMA3陽性、つまり凝縮不足を示したのに対し、野生型ではわずか2%でした。さらに注目すべきは、精巣上体の入り口に近い頭部(caput)の段階でもすでに99%がCMA3陽性だった点です(野生型は3%)。これは、DNA凝縮の不全が精子が精巣上体を通過する過程で徐々に生じたものではなく、精巣内で精子が作られる段階(スペルミオジェネシス)ですでに始まっていたことを示しています。

同時に、DNAを保護するはずのヒストンや、ヒストンからプロタミンへの橋渡し役であるトランジションタンパク質(TNP1、TNP2)についても、dHET精子ではPRM1のみ、あるいはPRM2のみを欠損させたマウスよりも大きく残存していることが確認されました。ヒストンからプロタミンへの置き換えという一連の流れが、複数の段階で滞っていたことになります。

酸化ストレスと、精子集団の「二極化」

生存率は野生型64%に対しdHETでは29%、運動率は野生型71%に対しdHETではわずか9%でした。先体(卵子への進入に必要な構造)が正常な割合は野生型84%に対しdHET23%、中片部(尾の付け根)が正常な割合は野生型72%に対しdHET19%と、いずれも大きく低下していました。本来脱落するはずの残余細胞質もdHET精子の44%に残存し(野生型12%)、酸化ストレスによるDNA損傷の指標である8-OHdGの陽性率も精巣上体頭部・尾部でそれぞれ73%、69%に達しました(野生型は5%、8%)。

興味深いことに、dHET精子はDAPI核染色で明るく光る集団(46.12%)と、弱くしか光らない集団(53.88%)の2つに分かれていました。弱く光る精子は小さく変性しており、DNA損傷の進行を示唆します。研究チームは、精巣上体通過中に活性酸素種(ROS)による損傷を強く受けて変性する精子と、比較的損傷を免れる精子とが混在することで、この二極化が生じるのではないかと考察しています。

受精はできても、8細胞期で止まる

これほど障害を抱えた精子でも、受精能力は完全には失われていませんでした。dHET雄と交配させた雌の卵子のうち、23%が2細胞期まで発生し受精が成立しました(野生型78%)。野生型雄との交配では106個中82個が2細胞期に達し26個が胚盤胞まで発生した一方、dHET雄との交配では136個中29個が2細胞期に達し、17個が4〜8細胞期まで進みましたが、胚盤胞に到達した胚は一つもありませんでした。受精卵が8細胞期まで発生した割合も、野生型64%に対しdHETはわずか13%でした。

8細胞期は、マウスの発生において父親由来の遺伝情報が本格的に読み出され始める「胚性ゲノム活性化」の時期にあたります。この時期での発生停止は、精子由来のDNA損傷や、精子核に残ったヒストンの異常な修飾パターンが、受精後の胚のゲノム活性化を妨げている可能性を示唆しています。

臨床的意味・日本への含意

日本の生殖医療の現場でも、原因不明とされる男性不妊の評価の一環として、精子のプロタミン比(PRM1/PRM2比)を測定する検査が用いられることがあります。今回の研究が示したのは、この比率という指標だけでは、精子のDNA凝縮に関わる重大な異常を見逃す可能性があるという点です。dHETマウスの精子は、比率という「量のバランス」は正常に見えながら、実際にはプロタミンの「成熟」という質的な過程が大きく損なわれており、99%の精子でDNA凝縮不全が確認されました。

研究チームは、プロタミン比の測定にCMA3染色やPRM2前駆体の特異的検出を組み合わせることで、比率検査だけでは見逃されてきた症例を拾い上げられる可能性があると論じています。ただし、これはマウスモデルで得られた知見であり、ヒトのプロタミン比(1対1)はマウス(1対2)と異なること、同様の「二重ヘテロ接合」に相当する状態がヒトの不妊患者にどの程度存在するかは未解明であることには留意が必要です。実際の検査法に反映させるには、ヒト精子を対象とした今後の検証が求められます。

研究の強みと限界

この研究の強みは、PRM1とPRM2という2つの遺伝子の欠損を精密に組み合わせた遺伝学的モデルを用い、繁殖試験、タンパク質の生化学的定量、免疫染色、電子顕微鏡観察、体外受精・胚培養という複数の手法を組み合わせて多角的に検証した点にあります。単独のPRM1欠損マウスやPRM2欠損マウスとの比較を通じて、二重のヘテロ接合状態に特有の異常パターンを浮かび上がらせたことも特徴です。

一方で、マウスの動物実験であり、プロタミン比が異なるヒトにそのまま当てはめられるとは限らない点、ヒストンH3・H4の検出に特定の変異体・修飾を区別しない抗体が使われ、どの修飾が胚発生停止に関与するかまでは特定されていない点、明るく光る精子と弱く光る精子という2集団が生じる分子機構が未解明である点は限界として挙げられます。

おわりに

この研究は、プロタミン1とプロタミン2をそれぞれ1コピーずつ欠くマウスが完全な不妊を示す一方で、プロタミンの総量や比率という従来の指標には異常が現れないことを明らかにしました。実際に精子を損なっていたのは、プロタミンが未成熟な前駆体のまま留まり、ヒストンやトランジションタンパク質の置き換えが不完全に終わるという、質的な成熟障害でした。この知見は、比率という一つの数値だけでは捉えきれない精子DNA損傷のかたちがあることを示しており、CMA3染色やプロタミン前駆体の検出を組み合わせた、より感度の高い診断法の必要性を示唆しています。ヒトの精子におけるプロタミン成熟障害の実態解明は、今後の課題として残されています。

参考文献

1. Merges GE, Wiesejahn C, Domingo-Lopez M, Schneider S, Kovacevic A, Arévalo L, Schorle H.『Male Mice Heterozygous for Protamine 1 and Protamine 2 Are Infertile, Displaying Sperm Damage and Retention of Protamine 2 Precursors, Transition Proteins, and Histones』Andrology 2026;0:1-16. doi:10.1111/andr.70363

2. Merges GE, Meier J, Schneider S, et al.『Loss of Prm1 Leads to Defective Chromatin Protamination, Impaired PRM2 Processing, Reduced Sperm Motility and Subfertility in Male Mice』Development 2022;149(12):dev200330. doi:10.1242/dev.200330

3. Schneider S, Balbach M, Jan FJ, et al.『Re-Visiting the Protamine-2 Locus: Deletion, but Not Haploinsufficiency, Renders Male Mice Infertile』Scientific Reports 2016;6:36764. doi:10.1038/srep36764

4. Oliva R.『Protamines and Male Infertility』Human Reproduction Update 2006;12(4):417-435. doi:10.1093/humupd/dml009

5. Rezaei-Gazik M, Vargas A, Amiri-Yekta A, et al.『Direct Visualization of Pre-Protamine 2 Detects Protamine Assembly Failures and Predicts ICSI Success』Molecular Human Reproduction 2022;28(2):gaac004. doi:10.1093/molehr/gaac004

精液の質が過去数十年で低下してきたとする報告や、多くの国で合計特殊出生率が低下してきたことは、男性の生殖機能そのものにも関心を向けさせてきました。この変化の背景としては、環境要因やライフスタイルの変化とともに、遺伝的要因の関与も疑われてきましたが、男性の生殖機能がどの程度遺伝的に規定されているのかについては、これまで十分な知見がありませんでした。

デンマークの父子ペアを対象とした先行研究では、精巣容積や血中FSH、テストステロン、SHBGなどに父子間の類似性が認められ、精巣の発達や機能に父親由来の遺伝的要因が影響している可能性が指摘されています。では、より大規模な集団で同様の検討を行った場合、どの指標にどの程度の家族的類似性が見られるのでしょうか。

この問いに取り組んだのが、フィンランドとデンマークで進められている前向き出生コホート研究「Finnish-Danish Boy Cohort Study」の追跡調査です。1997年から2002年に生まれた若年男性(息子)とその父親、合計117組を対象に、精巣容積、血中生殖ホルモン、精液所見、外性器サイズを測定し、級内相関係数(ICC)を用いて父子間の家族的類似性を検討した結果が、Andrology誌(2026年)にOriginal Articleとして掲載されました(DOI:10.1111/andr.70364)。

方法──117組の父子を、フィンランドとデンマークで診た

対象は、1997年から2002年にフィンランド・トゥルク大学病院およびデンマーク・コペンハーゲン大学病院で生まれた男性で、18〜23歳の成人期追跡調査に父親とともに参加した117組の父子ペアです(フィンランド38組、デンマーク79組。デンマークの双子1組は片方のみを解析対象とした)。参加率はフィンランドで11.8%、デンマークで24.6%でした。

調査項目は、精巣の触診とオーキドメーターおよび超音波による精巣容積測定(超音波値はLambertの式:長径×幅×高さ×0.71で算出)、精液検査、血中の総テストステロン・遊離テストステロン・SHBG・FSH・LH・インヒビンB濃度、そして陰茎長・幅、肛門陰嚢距離(ASD)、肛門陰茎距離(APD)といった外性器サイズです。父子間の家族的類似性は、家族IDを変量効果とした線形混合モデルから算出した級内相関係数(ICC)で評価し、年齢、国籍、停留精巣の既往、BMI、喫煙状況などの因子で調整した解析も行われました。

精巣容積のICCは0.30──超音波で最もはっきり出た家族的類似性

調整後の解析では、超音波による精巣容積でICC 0.30(95%信頼区間0.15〜0.45、p=0.0014)と、検討項目の中で最も明瞭な父子間の類似性が認められました。これは、精巣容積のばらつきのうち3割程度が父子で共有される要因(遺伝的要因を含む家族的背景)で説明できることを意味します。触診によるオーキドメーター法の精巣容積でもICC 0.16(95%信頼区間0〜0.33、p=0.055)とほぼ同じ傾向でしたが、統計学的な有意水準はわずかに届かず、停留精巣の手術既往がある5組を除外した解析では有意(ICC 0.18)になりました。

有意な父子間相関が見られたのは、精巣容積(超音波)のほか、FSH(ICC 0.24)、インヒビンB(ICC 0.25)、LH(ICC 0.22)、SHBG(ICC 0.26)、テストステロン/LH比(ICC 0.24)、精子濃度(ICC 0.21)、肛門陰茎距離(ICC 0.19)、陰茎幅(ICC 0.23)でした。一方、総テストステロンや遊離テストステロン、総精子数、精液量、運動率、正常形態率などでは、統計学的に有意な家族的類似性は認められませんでした。全体として、いずれの項目もICCは0.2〜0.3程度にとどまり、「強い遺伝性」と呼べるほどの相関ではなかった点は、論文の結論でも強調されています。

父親のほうが精巣が大きい──意外な世代差

興味深いことに、父親の精巣容積(超音波、中央値20.7mL)は、息子(中央値18.8mL)より有意に大きい結果でした(p=0.0001)。論文によれば、この所見はこれまで報告されたことがないといいます。過去の研究では、精巣容積は25歳前後でピークに達し、その後緩やかに減少するとされていますが、今回の息子たちは18〜23歳で、父親より2〜7歳若いにすぎず、年齢差だけでこの差を説明するのは難しいと論文は述べています。

父親は精子濃度でも息子を上回り(中央値55.5 vs 43.0 million/mL、p=0.0033)、総精子数も多い結果でした。この傾向は、フィンランドやデンマークで報告されてきた、若年男性の精液所見が過去数十年でやや低下してきたとする複数の疫学データとも整合的である一方、今回のデータだけで経時的な傾向を論じるには限界があると論文は注意を促しています。

ホルモンで見えた家族的類似性、テストステロンでは見えなかった

FSH、インヒビンB、LH、SHBGといった精巣機能に関わるホルモンでは、いずれも統計学的に有意な父子間相関が認められました。これらの結果は、SHBGの家族的類似性が変動の31%を、FSHが32%を説明したとする先行のデンマーク父子研究とも方向性が一致しています。

一方で、総テストステロン(ICC 0.14、p=0.069)と遊離テストステロン(ICC 0.052、p=0.30)については、有意な家族的類似性が確認されませんでした。双子を対象とした過去の研究では、テストステロン濃度に強い遺伝的関与が示唆されていたため、この結果はやや対照的です。テストステロンの血中濃度は日内変動や生活習慣の影響を受けやすいことも、父子間の相関を弱める一因として考えられます。

精子濃度はICC 0.21で有意、しかし精液の他の指標はほぼ相関なし

精子濃度は、調整後のICCが0.21(95%信頼区間0.028〜0.40、p=0.032)と、統計学的に有意な父子間相関を示しました。これは、精液所見に家族的類似性は乏しいとした一部の先行研究とは異なる結果です。一方で、総精子数、運動率、正常形態率といった他の精液指標では、有意な家族的類似性は確認されませんでした。過去の双子研究では、精子濃度には遺伝的要因よりも環境要因(喫煙や肥満など、共有されない生活習慣)の寄与が大きいとする報告もあり、精液所見の家族的類似性の解釈は一様ではありません。

外性器のサイズにも、緩やかな家族的類似性

胎児期のアンドロゲン作用の指標とされる肛門陰茎距離(APD)は、調整後ICC 0.19(p=0.036)で有意な父子間相関を示しました。陰茎幅もICC 0.23(p=0.010)で有意でしたが、停留精巣の手術既往がある5組を除外するとボーダーラインの有意性にとどまりました。一方、肛門陰嚢距離(ASD)や陰茎長には、有意な家族的類似性は認められませんでした。

父子はY染色体を共有する一方、X染色体は共有しません。精子形成に関わる遺伝子の多くはY染色体上に、アンドロゲン受容体遺伝子はX染色体上に存在するため、理屈のうえでは精液関連の指標のほうが父子で似やすく、アンドロゲン作用に依存する陰茎サイズや肛門性器距離は父子で異なりやすいと予想されます。しかし今回の結果は、この仮説と完全には一致しておらず、精巣機能の遺伝的背景の複雑さを示す結果となりました。

日本の生殖医療における含意

日本では、男性不妊の診療において父親の精液所見や生殖歴を系統的に問診する機会は多くありません。今回の研究は、精巣容積や精子濃度、複数の生殖ホルモンに緩やかな父子間の類似性があることを示しており、家族歴を問診に取り入れる意義を再確認させるものです。ただし、いずれのICCも0.2〜0.3程度にとどまり、「父親の精液所見が良くなかったから息子も必ず同様になる」といった確定的な結び付けはできません。臨床現場では、家族歴を確率的な参考情報として位置づけ、個々の検査結果に基づいて評価と説明を行うことが重要です。

研究の強みと限界

この研究の強みは、ホルモン測定と精液形態解析をすべて単一の施設で実施し、フィンランドとデンマークで標準化されたプロトコルを用いた点にあります。前向き出生コホートの一部として計画された研究であることも、データの質を担保しています。

一方で限界もあります。総参加者数と参加率は、特にフィンランドで小さく、参加者が一般集団を代表しているとは限りません。精液検体は1回のみの採取であり、繰り返し採取による変動は評価できていません。父親の停留精巣既往は問診による自己申告のみで把握されており、出生コホートで臨床的に診断された息子(12.0%)と、自己申告による父親(2.6%)とでは、把握方法自体が異なる点にも注意が必要です。また、父親と息子の測定時期の年齢差も限界として挙げられていますが、精子濃度は加齢による低下が比較的乏しい指標とされており、解釈を大きく損なうものではないとされています。

おわりに

117組の父子ペアを対象とした今回の検討では、精巣容積、複数の生殖ホルモン、精子濃度、外性器の一部の指標において、統計学的に有意ではあるものの決して強くはない父子間の類似性が示されました。遺伝的要因が生殖機能に一定の寄与をすることは示唆される一方で、テストステロンや大半の精液指標では家族的類似性が確認されず、母親由来の遺伝的背景や胎児期の環境、共有されない生活習慣など、非遺伝的要因の関与も無視できないことが浮き彫りになりました。男性の生殖機能における遺伝と環境の相対的な寄与を解明するには、さらに大規模な家族研究や双子研究の蓄積が今後の課題となります。

参考文献

1. Elamo H, Rodprasert W, Henriksen LS, et al.『Father–Son Comparison of Reproductive Traits』Andrology 2026;0:1-10. doi:10.1111/andr.70364

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4. Kuijper EAM, Lambalk CB, Boomsma DI, et al.『Heritability of Reproductive Hormones in Adult Male Twins』Human Reproduction 2007;22(8):2153-2159. doi:10.1093/humrep/dem145

5. Handelsman DJ.『Estimating Familial and Genetic Contributions to Variability in Human Testicular Function: A Pilot Twin Study』International Journal of Andrology 1997;20:215-221.

6. Storgaard L, Bonde JP, Ernst E, et al.『Genetic and Environmental Correlates of Semen Quality』Epidemiology 2006;17(6):674-681. doi:10.1097/01.ede.0000239730.47963.4e

精子の凍結保存は、生殖補助医療や精子バンクで広く使われている標準的な技術です。しかし、融解後の精子の質が低下しやすいという課題は、いまだ解決されていません。凍結・融解の過程では、浸透圧ストレスや酸化ストレス、氷結晶による物理的な損傷が、精子の細胞膜やミトコンドリア、DNAに影響を及ぼすことが知られています。特に、精子の数や運動率、正常形態率が基準を下回る乏精子無力奇形精子症(OAT)の精子は、もともと凍結への耐性が低く、融解後の回収率も低いとされています。

こうした凍結ダメージを軽減する方法として、近年注目されているのが「エクソソーム」と呼ばれる細胞外小胞です。エクソソームは細胞から分泌される直径約100ナノメートルの膜構造物で、脂質やタンパク質、核酸などの生理活性物質を内包しています。精漿(精液の液体成分)にも多くのエクソソームが含まれており、精子の運動性や受精能に影響を与えることが報告されてきました。動物精子や幹細胞由来のエクソソームを使った研究では凍結精子の質の改善が確認されていますが、ヒトの精漿由来エクソソームを用いた研究、特にOAT精子を対象にした研究は、まだ限られています。

こうした背景のもと、正常精子(N)とOAT精子、それぞれの精漿から抽出したエクソソームを、同じ由来の精子に与えた場合(相同処理)と、異なる由来の精子に与えた場合(異種処理)とで、凍結融解後の精子の質にどのような違いが生じるかを検証した研究が、Reproductive BioMedicine Online誌2026年53巻4号に報告されました(doi:10.1016/j.rbmo.2025.105445)。

方法──正常精子とOAT精子のエクソソームを、入れ替えて与えてみた

本研究は、テヘラン大学医学部附属の生殖医療センターで、20〜45歳の男性を対象に実施されたin vitro実験です。世界保健機関(WHO)の2021年基準をもとに、より厳格な閾値を用いて、正常精子(N)群とOAT群がそれぞれ選定されました。3日以上の禁欲期間を経て採取した精液から精漿を分離し、超遠心分離法によってエクソソームを抽出したうえで、透過型電子顕微鏡、ウェスタンブロット(エクソソームマーカーであるCD63の発現確認)、動的光散乱法という3つの手法によって、抽出物が確かにエクソソームであることが検証されています。抽出されたエクソソームの平均粒子径は、N由来で約181ナノメートル、OAT由来で約194ナノメートルでした。

その後、精子2.5×10⁶個あたり50μgのエクソソームを加えて1時間培養し、凍結保存が行われました。比較されたのは次の6群です。無処理の対照群(NおよびO)、自分自身と同じ由来のエクソソームを与えた相同処理群(N-nEXOとO-oEXO)、そして異なる由来のエクソソームを与えた異種処理群(N-oEXOとO-nEXO)です。融解後には、運動率、精子DNA断片化率(SDF)、総抗酸化能(TAC)、総酸化ストレス度(TOS)、ミトコンドリア膜電位(MMP)、膜の健全性、アポトーシス(プログラムされた細胞死)という7つの項目が測定されました。

同じ由来のエクソソームなら、ほぼ全項目で改善

相同処理の効果は、OAT精子で特に顕著でした。自分と同じ由来のエクソソーム(o-EXO)を与えたOAT精子(O-oEXO)では、無処理のOAT精子(O)と比べて、前進運動率(P=0.04)、DNA断片化率(P=0.014)、総抗酸化能(P=0.0005)、膜の健全性(P=0.04)のいずれも有意に改善しました。正常精子でも、自分と同じ由来のエクソソーム(n-EXO)によって運動率(P=0.048)とDNA断片化率(P=0.015)が有意に改善しています。DNA断片化率の改善幅で見ると、同じ由来のエクソソームを使ったほうが、異なる由来のエクソソームを使うよりも効果が大きいことも示されました。

総抗酸化能については、OAT精子ではo-EXOとn-EXOの両方が数値を押し上げましたが、統計的に有意だったのはo-EXOを与えたO-oEXO群でした(P=0.0005)。一方、酸化ストレス度そのものは、どの群でもエクソソーム処理による変化は見られませんでした。

違う由来を混ぜると──OAT精子は助かり、正常精子は傷つく

異種処理の結果は、精子の種類によって正反対の方向に働きました。OAT精子に正常精子由来のエクソソーム(n-EXO)を与えると、運動率が有意に改善しました(P=0.03)。ところが、正常精子にOAT由来のエクソソーム(o-EXO)を与えると、逆に前進運動率が大きく低下し(P=0.002)、ミトコンドリア膜電位も有意に低下しました(P=0.03)。つまり、n-EXOは由来にかかわらずおおむね精子に有利に働く一方、o-EXOは自分と同じOAT精子には有効でも、正常精子には悪影響を及ぼすという、非対称な結果が得られたことになります。

アポトーシスについては、エクソソーム処理の有無による全体的な差は見られませんでした。ただし、O-oEXO群では早期アポトーシス細胞と生存細胞の比率が低下する傾向があり、これは膜の健全性の改善結果とも一致する方向でした。

正常精子だけがOAT由来エクソソームで傷つくのはなぜか

論文は、この非対称な結果が生じた理由として、複数の可能性を挙げています。ひとつは、OAT由来のエクソソームに、正常精子のシグナル伝達を乱すような成分が含まれている可能性です。別の研究では、妊孕性の低い精液に由来するエクソソームが、精子のカルシウムイオンチャネルの働きを変化させることで運動性に影響するとの報告もあります。もうひとつの視点は、抗酸化能に関するものです。正常精液はもともと十分な抗酸化物質を含んでいるため、外から加えるエクソソームの恩恵を受けにくい一方、OAT精液は抗酸化能が不足しがちなため、エクソソームによる補完効果が表れやすいと考えられます。精子の運動性に重要な役割を持つタンパク質や、ミトコンドリア活性を調節する酵素の働きを介したエクソソーム由来ATPの効果を示した先行研究もあり、n-EXOの効果の一部はこうした成分によって説明できる可能性があります。ただし、精漿エクソソームに含まれる具体的な成分と、その作用機序の全体像は、まだ十分に解明されていません。

日本の生殖医療における意味合い

日本では、精子の凍結保存は、がん治療前の妊孕性温存や、体外受精・顕微授精のための精子バンクとして広く行われています。凍結融解後の精子の質低下は、こうした治療の成功率に直結する臨床的な課題です。今回の結果は、OAT精子のように凍結耐性が低い精子に対しては、正常精子由来のエクソソーム(n-EXO)を用いることで、融解後の質を改善できる可能性を示しています。将来的には、がん患者やOAT患者が治療開始前に、健康な精液から調製したエクソソームを凍結保存の補助剤として利用するという臨床応用も想定されています。

一方で、異なる由来のエクソソームを安易に組み合わせることのリスクも示されました。正常精子にOAT由来のエクソソームを与えると運動性が低下したという結果は、精漿エクソソームを画一的な「万能の添加物」として扱うべきではないことを示しています。臨床現場では、精子の状態に応じてどのエクソソームが適しているかを見極める、個別化されたアプローチの重要性が浮かび上がります。また、精子洗浄の操作によって精漿エクソソームが取り除かれてしまう可能性にも言及されており、凍結処理の手順そのものを見直す視点も示唆されています。

研究の強みと限界

本研究の強みは、透過型電子顕微鏡・ウェスタンブロット・動的光散乱法という複数の手法でエクソソームを厳密に検証した点、そして正常精子とOAT精子の両方を対象に、相同処理と異種処理を体系的に比較した点にあります。一方で、いくつかの限界も指摘されています。OAT群では、凍結前の精液所見が似ていても個体間で結果にばらつきが大きく見られました。OATという診断名自体が、原因や重症度の異なる幅広い病態を含むため、こうした個人差が生じた可能性があります。また、精子の洗浄を行わずに未処理の精液をそのまま用いている点も、実際の臨床プロトコルとは異なる条件です。サンプルサイズも比較的小さく、著者は今後、より大規模な研究や、同一検体を複数のエクソソームで並行処理する設計によって、結果の頑健性を高める必要があると述べています。

おわりに

今回の研究は、精漿エクソソームが凍結精子の運動率、DNA損傷、抗酸化能、膜の健全性といった複数の指標を改善しうることを示しました。特に、自分自身の精液に由来するエクソソームによる相同処理は、精子の種類を問わず一貫した保護効果を示しています。一方で、異なる由来のエクソソームを組み合わせた場合には、精子の状態によって効果が正反対になる可能性があることも明らかになりました。精漿エクソソームは、精子洗浄によって失われがちな精漿本来の保護成分を補う、新しい凍結保存の補助手段となる可能性を持っています。今後は、エクソソームに含まれる具体的な成分の解明と、患者ごとに最適なエクソソームを選ぶための個別化アプローチの確立が、臨床応用に向けた課題として残されています。

参考文献

1. Rezayi S, Sadighi Gilani MA, Naji M, Mahdavinezhad F, Shafie A, Amidi F.『Seminal exosome protection of frozen human spermatozoa: homologous versus heterologous treatment』Reproductive BioMedicine Online 2026;53(4):105445. doi:10.1016/j.rbmo.2025.105445.

男性不妊の原因のひとつに、精子の頭部形態に異常が生じる「奇形精子症(テラトゾーパーミア)」があります。精子の尾(鞭毛)の異常については、この数年で原因遺伝子の同定が急速に進みましたが、頭部形態の異常についてはいまだ解明が遅れています。不妊症の男性のうち、遺伝学的な原因が特定できる割合は3割に満たないとされ、多くの症例が原因不明のまま残されているのが現状です。

同じ家族内で複数の兄弟が似た不妊症状を示す場合、通常はひとつの遺伝的原因を共有すると想定されます。しかし、この前提が必ずしも成り立たないことを示した研究が、Human Reproduction Open誌2026年号(doi:10.1093/hropen/hoag066)に発表されました。ドイツ・ミュンスター大学の研究グループが、精子形態にさまざまな異常を示す4人の兄弟を対象にエクソーム解析(遺伝子の翻訳領域を網羅的に読む手法)を行い、原因遺伝子を探索しました。

結果、4人のうち1人は既知の遺伝子DNAH17の変異、残る3人は新たに見いだされたHIPK4という遺伝子の変異が原因であることが判明しました。ひとつの家系の中に、まったく異なる2つの遺伝的原因が存在していたのです。

方法──4人の兄弟を、家族ぐるみのエクソーム解析で比較した

対象は2013〜2018年にミュンスター大学生殖医療センターを受診した4人の不妊症の兄弟(M865、M1344、M1670、M1611)です。精液検査、染色体検査、ホルモン検査、精巣超音波検査により染色体異常やAZF微小欠失は否定されました。妊孕性のある弟(M1688)と両親からも試料を採取し、家族全体でエクソーム解析を実施したほか、男性不妊症の大規模コホートMERGE(3338人)を照会しました。候補変異はサンガーシーケンシングで確認し、精子の形態・超微細構造は電子顕微鏡(TEM)や免疫蛍光染色で調べ、HIPK4変異の機能的影響はヒト培養細胞(HEK293T細胞)を用いた実験で検証しました。

4人のうち1人は、精子の「尾」に原因があった

4人に共通する既知の不妊症遺伝子(32遺伝子)の変異は見つかりませんでした。長兄のM865は、精子鞭毛の運動に関わるDNAH17遺伝子について、機能喪失型の変異を2つ(c.1076_1077dup、c.7752+2T>A)両アレルに持つ複合ヘテロ接合体でした。いずれもgnomADでの頻度が0.02%未満と極めてまれで、ClinVarでは病原性ないし病原性の可能性が高いと分類されています。TEM観察では外側ダイニン腕(ODA)の欠損と軸糸構造の乱れが確認され、DNAH17変異によるMMAF(多発性鞭毛形態異常)の典型像と一致しました。M865の精子正常形態率は10回以上の検査で1〜4%にとどまりました。

残る3人の弟たちは、精子の「頭」に原因があった──新規遺伝子HIPK4

残る3人の弟(M1344、M1670、M1611)は、HIPK4遺伝子の開始コドンを失わせる変異(c.1A>G)を両アレルに持つホモ接合体でした。両親と妊孕性のある弟はこの変異を1コピーのみ持つヘテロ接合体で、常染色体劣性遺伝の形式と一致しました。HIPK4はマウスで精子頭部の形づくりに関わることが報告されていた遺伝子ですが、ヒトの不妊症との関連が確立された報告はこれまでありませんでした。

翻訳の「やり直し」が、壊れやすいタンパク質を作っていた

ヒト培養細胞での実験で、変異型HIPK4は本来の開始コドンを失い、35アミノ酸下流の別の開始コドンから翻訳が始まり、N末端側が欠けた短いタンパク質(p.(Met1_Glu35del))が作られることが確認されました。欠失部分にはATP結合部位の一部が含まれ、酵素活性を担うキナーゼドメインの機能が損なわれます。翻訳阻害剤を用いた実験では、変異型タンパク質は野生型より24時間後の残存量が有意に少なく(P=0.008)、安定性の低下も示されました。単一細胞レベルの発現データからは、HIPK4が減数分裂後期から精子細胞形成期にかけて発現することも確認され、精子頭部の形成時期と一致します。

精子の形は多様に崩れていたが、「完全な無精子症」にはならなかった

HIPK4変異ホモ接合体の3人は、いずれも正常形態精子の割合が0%、すなわち100%の精子に頭部形態異常が認められました。先細り型、円形、無定形の頭部、頭部の縮小・先体消失、頭部を欠いた「ピンヘッド」様精子、屈曲・肥大した中片部、頭部に巻き付いた鞭毛など、異常は多彩でした。一方で3人とも精子形成自体は完了し、無精子症には至りませんでした。MERGEコホートを追加照会しましたが、HIPK4の両アレル変異を持つ他の男性は見つかりませんでした。

治療の選択肢──HIPK4変異があってもICSIで挙児に成功

HIPK4変異保有兄弟のうち1人(M1344)は顕微授精(ICSI)で1子をもうけ、DNAH17変異のM865もICSIで3子を得ました。どちらの原因による不妊症でも、生殖補助医療による挙児が可能であることが示されています。マウスのHipk4欠損モデルでは精子と卵子の結合率低下が報告されており、この知見を踏まえると、HIPK4関連不妊症の男性には自然妊娠や人工授精よりICSIが妥当と考えられます。

臨床現場への示唆

日本でも男性不妊症の遺伝学的原因は多くが未解明で、原因不明のまま治療方針が決められる症例が少なくありません。今回の研究は、同じ家系内で似た精液所見を示す複数の男性でも単一の遺伝的原因を共有するとは限らないことを示し、家系内複数個体を対象としたエクソーム解析の有用性を裏付けています。臨床現場では、HIPK4を含む新規候補遺伝子の情報が今後の遺伝学的検査パネルに組み込まれる可能性があり、遺伝カウンセリングの精度向上が期待されます。ICSIという治療選択肢が有効である可能性が示された点も、治療方針の決定に参考となります。

研究の強みと限界

本研究の強みは、家族全体を対象とした遺伝学的解析に加え、形態学的評価と培養細胞での機能検証を一貫して行った点です。一方、HIPK4変異と男性不妊症との遺伝子-疾患関連性は、ClinGen基準による予備評価で「中程度」の証拠レベル(7点)にとどまり、正式な確立には独立した症例の蓄積が必要です。変異型タンパク質のキナーゼ活性を直接測定する実験は行われておらず、機能低下の程度は推定にとどまります。精巣以外でHIPK4がほとんど発現しないため、患者由来細胞での機能解析が難しかった点も限界です。

おわりに

本研究は、HIPK4を精子頭部形態異常および男性不妊症に関連する新規候補遺伝子として提示しました。HIPK4の機能喪失は精子運動能や精子数の低下を伴う奇形精子症を引き起こす一方、無精子症には至らず、ICSIによる挙児が可能であることが示されました。同時に、同一家系内でも表現型が似ていれば同じ原因とは限らないことも明らかになりました。HIPK4と男性不妊症の関連を正式に確立し、表現型の範囲を明らかにするには、今後さらなる症例の蓄積と検証が求められます。

参考文献

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不妊は、避妊をせずに1年間性生活を送っても妊娠に至らない状態と定義され、カップルの最大15%が経験するとされています。男性側の要因、いわゆる男性因子不妊は、単独では不妊全体の20〜30%を占め、女性側の要因との合併も含めると全体の最大50%に関与するとされます。中でも精索静脈瘤は治療可能な原因として最も頻度が高く、全男性の約15%に見られ、原発性不妊の男性では35〜40%、続発性不妊の男性では最大80%に認められると報告されています。

体外受精・顕微授精(IVF-ICSI)は、精子の濃度や運動率、形態の異常を技術的に回避できる治療法として広く普及しています。しかし、それでも成功率は決して高くありません。米国疾病予防管理センター(CDC)の2022年ART報告では、1周期あたり生児出産に至った割合は37.5%にとどまり、多くの夫婦が複数回の治療を必要としています。2024年に改訂された米国泌尿器科学会・米国生殖医学会(AUA/ASRM)の男性不妊診療ガイドラインは、体外受精に進む前に男性側を十分に評価することを推奨していますが、実際にはこの評価が省略されたまま治療が進められることも少なくないと指摘されており、治療可能な精索静脈瘤が見過ごされたまま体外受精・顕微授精が繰り返されているケースが存在する可能性があります。

では、体外受精・顕微授精がすでに不成功に終わった夫婦において、その後に精索静脈瘤の治療を行うと結果はどう変わるのでしょうか。この問いに答えた研究はこれまで存在しませんでした。Andrology誌に2026年に掲載された単施設の後ろ向きコホート研究(DOI:10.1111/andr.70328)は、体外受精・顕微授精に失敗した42組の夫婦を対象に、精索静脈瘤の塞栓術後の妊娠・出産の経過を追跡し、この空白を埋める報告を行いました。

方法──ICSIに失敗した42組が、静脈瘤だけを塞いだ

対象は、イスラエルの単一施設で2013年5月から2019年12月までに精索静脈瘤の塞栓術を受けた患者のうち、塞栓術以前に体外受精・顕微授精を1回以上受けたものの生児出産に至らなかった夫婦です。この期間に実施された塞栓術1013件のうち体外受精・顕微授精の既往がある59組が抽出され、連絡不能の2組、塞栓術時点で女性パートナーの年齢が35歳超だった12組、自然妊娠がないまま塞栓術後に体外受精を受けなかった3組の計17組を除外した42組が解析対象となりました。組み入れ条件は、塞栓術時点で女性パートナーが35歳以下であること、塞栓術後の追跡期間が24か月以上であることです。

対象夫婦の背景は、男性の年齢中央値が31歳(範囲23〜37歳)、女性が27歳(範囲22〜34歳)、不妊期間の中央値は48か月(範囲23〜156か月)でした。総運動精子数は32例で200万未満、5例で200万〜500万、4例で500万〜2000万であり、明らかな女性側不妊因子を伴う例は5組にとどまりました。塞栓術は右内頸静脈からカテーテルを進め、コイルと発泡させた硬化剤(3%テトラデシル硫酸ナトリウム)を組み合わせて精索静脈を閉塞させる、いわゆるサンドイッチ法で行われ、左側単独が21組、両側が21組でした。全例で手技は成功し、報告された合併症はありませんでした。塞栓術後の情報は、男性または女性パートナーへの電話での聞き取り調査によって収集され、評価項目は自然妊娠またはIVF/ICSIによる生児出産としました。

60人の赤ちゃんと、86%という数字

塞栓術を受ける前、42組の夫婦は合計151回の卵子採取(中央値2回、範囲1〜21回)と200回の胚移植(中央値3回、範囲1〜26回)を経験していましたが、生児出産は一件もありませんでした。塞栓術後、追跡期間の中央値54か月(範囲25〜111か月)のあいだに、42組中36組(86%)で合計60件の生児出産があり、生まれた子どもは65人にのぼりました。

その内訳を見ると、34組が塞栓術後に合計119回の卵子採取と149回の胚移植を受け、このうち28組が体外受精・顕微授精によって36件の生児出産(41人)を達成しました。一方、15組は自然妊娠によって23件の生児出産(23人)を得ており、このうち6組は体外受精・顕微授精による出産のあとに自然妊娠が続いた例でした。さらに1組は人工授精(IUI)による出産を経験しています。塞栓術から最初の妊娠成立までの期間は中央値15.5か月(範囲2〜81か月)でした。データ収集時点では、妊娠23週を超える継続妊娠が7件(体外受精・顕微授精によるもの5件、自然妊娠によるもの2件)確認されています。

体外受精を4回以上失敗していても、変わらなかった成功率

塞栓術前の体外受精・顕微授精の実施回数別にサブグループ解析も行われました(2組はデータ欠損)。実施回数が3回以下(中央値1.5回)だった26組のうち、22組(85%)で生児出産が得られました。一方、4回以上(中央値6.5回)だった14組でも、12組(86%)で生児出産が得られています。すでに複数回の体外受精・顕微授精に失敗していた夫婦であっても、精索静脈瘤を治療した後の成功率は、失敗回数の少ない夫婦とほとんど変わりませんでした。

なぜICSIでも防げなかったのか──静脈瘤が精子に残す「見えない傷」

この結果は、これまでの複数のメタ解析とも矛盾しません。2021年のコクランレビューは、精索静脈瘤を伴う男性不妊患者を対象とした7件のランダム化比較試験(合計693例)を統合し、精索静脈瘤の治療が無治療や治療延期と比較して自然妊娠率を改善する可能性を示しました(相対リスク1.94、95%信頼区間1.23〜3.05、I2=61%)。無治療または治療延期の場合の妊娠確率が約21%であるのに対し、外科的または放射線科的治療後の妊娠率は26〜64%に達しうることを示す結果です。2019年のメタ解析では、両側性の精索静脈瘤に対する両側治療が片側治療よりも高い自然妊娠率と関連することが示され(オッズ比1.89、95%信頼区間1.52〜2.35、I2=0%、p<0.00001)、2025年に公表された5研究・746組(治療群348組、対照群398組)を対象とするメタ解析でも、治療群で生児出産率が有意に高いという結果でした(オッズ比2.18、95%信頼区間1.58〜3.01、p<0.00001、I2=0%)。

その機序は完全には解明されていませんが、顕微授精は精子の濃度・運動率・形態といった従来の精液検査項目の異常を技術的に回避できる一方で、精索静脈瘤に伴う精子機能上の問題までは解消しないと考えられています。具体的には、精子のDNA断片化や、卵子活性化に関わる酵素であるホスホリパーゼC-ゼータ(PLCζ)の発現低下が精索静脈瘤によって悪化することが知られており、これらが受精率や着床率、胚発生に影響を及ぼす可能性が指摘されています。

臨床現場への示唆

日本では、生殖補助医療への保険適用拡大に伴い体外受精・顕微授精の実施件数が増加していますが、CDCの報告に見られるように1周期あたりの生児獲得率は必ずしも高くなく、複数周期の治療を要する夫婦は少なくありません。治療可能な精索静脈瘤が見過ごされたまま体外受精・顕微授精が繰り返されている可能性は、日本の臨床現場でも無視できない論点です。臨床現場では、AUA/ASRM 2024年版ガイドラインや欧州泌尿器科学会(EAU)の2025年版男性不妊ガイドラインが、体外受精に進む前の男性側の身体診察と精査を推奨しており、これに沿った評価を行うことで治療可能な精索静脈瘤を特定できる可能性があります。

塞栓術は一度の処置で完結する低侵襲な治療であり、報告された合併症も少ないとされる一方、体外受精・顕微授精は周期ごとに費用や投薬、通院の負担が生じ、卵巣過剰刺激症候群や多胎妊娠、異所性妊娠といった合併症とも関連するとされています。精索静脈瘤の治療によって体外受精の周期数を減らすことができれば、これらのリスクや経済的負担の軽減につながる可能性があると論文は指摘しています。ただし塞栓術の効果が精液所見に現れるまでには数か月を要するとされ、早期の妊娠成立を急ぐ夫婦にとっては、即効性のある体外受精・顕微授精のほうが魅力的に映りやすいという事情もあります。

研究の強みと限界

この研究の強みは、各夫婦が塞栓術前後で自分自身の対照となる、いわば自己対照デザインを採用している点、そしてすでに体外受精・顕微授精に失敗しているという、治療選択が特に難しい集団を対象としている点にあります。

一方で限界も明確です。第一に、対照群が設定されていないため、精索静脈瘤を治療せずに体外受精・顕微授精を継続した場合にどの程度の生児出産が得られたかは不明です。ただし大規模研究では、体外受精の実施周期数が増えるほど累積生児獲得率への上乗せ分が先細りしていくことが示されており、すでに中央値2回失敗していた今回の対象群がその後さらに治療を継続しても86%という生児獲得率に達した可能性は低いと論文では考察されています。この傾向は、4回以上失敗していた18組でも86%の生児獲得率が得られている点で、より際立って見えます。第二に、後ろ向き研究であり、データの一部は患者の記憶に基づく電話での聞き取り調査に依存しているため、一定の不正確さが含まれる可能性があります。第三に、一部の夫婦は自然妊娠を待たずに塞栓術後まもなく体外受精・顕微授精を再開しており、報告された自然妊娠23件は実際より過小評価されている可能性があります。加えて対象は女性パートナーが35歳以下の夫婦に限られ、単一施設での検討である点にも留意が必要です。

おわりに

今回の結果は、体外受精・顕微授精が不成功に終わった男性因子不妊の夫婦においても、精索静脈瘤の塞栓術が単独の治療として、あるいは体外受精・顕微授精と組み合わせる形で、生児獲得に寄与しうることを示唆しています。顕微授精は精子の濃度や運動率、形態の異常を技術的に回避する一方で、精索静脈瘤に伴う精子機能上の問題までは解消しないと考えられます。男性因子不妊が疑われる夫婦においては、視触診や超音波検査によって治療可能な精索静脈瘤の有無を確認し、体外受精・顕微授精と並行して、あるいはその前段階で、静脈瘤治療という選択肢を検討することの意義について、対照群を伴う研究を含めたさらなる検証が期待されます。

参考文献

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精索静脈瘤(バリコシーレ)は、陰嚢内の静脈叢(蔓状静脈叢)が異常に拡張・蛇行する疾患で、成人男性の約15%に、原発性不妊症の男性の30〜40%にみられます。臨床的な意義は、静脈の逆流という病態生理学的な要因が精巣の恒常性を乱し、精子形成や内分泌機能に影響を及ぼす点にあります。

グレード分類は伝統的に、静脈径と逆流所見の定性的評価(Dubin-Amelar分類など)に基づいて行われてきましたが、この判定は検者の主観に大きく依存し、施設間・検者間でのばらつきが指摘されています。定量的な指標として近年注目されているのが、Valsalva法(努責)における精索静脈の逆流持続時間(spermatic vein reflux time, SVRT、以下逆流時間)です。逆流時間は静脈弁の機能不全や血管壁のコンプライアンス(伸展のしやすさ)を反映する動的な指標であり、静的な形態評価だけでは捉えられない情報を提供すると考えられています。しかし、逆流時間を他の解剖学的・血行動態的指標と組み合わせて多次元的に評価した研究はこれまで限られており、機械学習を用いてグレード判定を客観化する試みも、単一パラメータに基づくものにとどまっていました。

こうした課題に対し、Andrology誌(2026年)に、3855人の精索静脈瘤患者を対象に、逆流時間を中心とした多次元的な超音波指標から精索静脈瘤の重症度を予測する機械学習モデルを開発した研究が掲載されました(doi:10.1111/andr.70332)。カラードプラ超音波で測定した逆流時間、静脈径、精巣血流パラメータをもとに、ランダムフォレスト・XGBoost・ロジスティック回帰という3種類のモデルを比較し、逆流時間がグレード判定にどの程度寄与するかを、SHAP解析という手法で定量的に検証した内容です。

方法──3855人の精索静脈瘤患者を、逆流時間で解析した

対象は、2021年1月から2024年6月にかけて、中国・天津医科大学第二医院でカラードプラ超音波により精索静脈瘤と診断された18〜50歳の男性3855人です。安静時の静脈径1.8mm以上、または努責時(Valsalva法)2.0mm以上で、かつ1秒以上の逆流が確認された症例が組み入れられ、精巣上体炎などの急性・慢性陰嚢内炎症や、直近6か月以内に精索静脈への外科的処置歴があるケースなどは除外されました。

グレード判定には、施設独自の「構造・機能二軸判定基準」が用いられました。静脈径1.8〜2.7mmかつ逆流時間2秒以上4秒未満をグレードI、径2.8〜3.0mmかつ逆流時間4秒以上6秒未満をグレードII、径3.1mm以上かつ逆流時間6秒以上をグレードIIIと定義し、両側性の場合は重症度の高い側の所見でグレードを決定しています。

年齢、左右の精巣容積、精巣血流の収縮期最大速度(PSV)・拡張末期速度(EDV)、精索静脈径、逆流速度、逆流時間などが特徴量として用いられ、グレード予測(分類)モデルにはランダムフォレスト・XGBoost・ロジスティック回帰の3種類、逆流時間の推定(回帰)モデルにはランダムフォレスト回帰と重回帰分析が用いられました。逆流時間を含めることで判定精度が見かけ上高くなる「循環論法」の懸念を検証するため、XGBoostについては逆流時間を含むモデル(Version A)と含まないモデル(Version B)の2種類が比較されています。データは2021年1月〜2023年12月の症例(70%、2700例)を学習用、2024年1月〜6月の症例(30%、1155例)を時間軸に沿った検証用に分割されました。

逆流時間は、グレードが上がるごとに、ほぼ倍々に伸びていた

3855人のうち、片側(左)のみの精索静脈瘤が72.3%(2787人)、両側性が18.5%(713人)、片側(右)のみが9.2%(355人)を占め、グレードI 1826人、グレードII 1243人、グレードIII 786人という内訳でした。年齢や精巣容積、精巣血流速度には、グレード間で明らかな差は見られませんでした(いずれもp>0.05)。

一方、罹患側の精索静脈の指標は、グレードが上がるにつれてはっきりと増加していました。左側の逆流時間は、グレードIで2.85±1.12秒、グレードIIで5.28±0.92秒、グレードIIIで7.61±1.32秒(すべてp<0.001)、右側でも同様に2.75±1.08秒、5.12±0.88秒、7.39±1.28秒と、グレードIからIIIにかけておよそ2.7倍に伸びていました。静脈径や逆流速度についても同様の傾向がみられ、いずれの指標もグレードが上がるごとに段階的に増大しました(すべてp<0.001)。

Spearman相関分析では、逆流時間は静脈径(r=0.389〜0.426)、逆流速度(r=0.478〜0.512)、精索静脈瘤のグレード(r=0.369〜0.512)と、いずれも有意な正の相関を示しました(すべてp<0.001)。一方、拡張末期速度(EDV)とはほとんど相関がなく(右側のみr=−0.085、p=0.002とわずかな相関)、年齢との関連も認められませんでした。年齢や精巣容積といった背景因子を調整した偏相関分析でも、逆流時間と主要な指標との関連は維持されており(すべてp<0.001)、逆流時間が精索静脈瘤の重症度を反映する指標であることが裏付けられています。

カットオフ値は「2.3秒」「4.5秒」「6.2秒」──ROC解析が導いた診断基準

逆流時間がそれぞれのグレードをどの程度正確に見分けられるかを、ROC(受信者動作特性)曲線解析で検証したところ、グレードIの判定でAUC 0.826(95%信頼区間0.809〜0.843、カットオフ2.3秒、感度78.5%、特異度76.2%)、グレードIIでAUC 0.893(95%CI 0.875〜0.911、カットオフ4.5秒、感度84.3%、特異度82.6%)、グレードIIIでAUC 0.935(95%CI 0.922〜0.948、カットオフ6.2秒、感度89.7%、特異度88.5%)という結果が得られました。AUCは1に近いほど診断精度が高いことを意味する指標で、0.9を超える値は「優秀」とされる水準にあたります。

重症度が上がるほど逆流時間による判別精度も高まっており、とりわけ手術適応の判断に直結しやすいグレードIIIの判別で高い性能を示した点は、臨床的な意味が大きいといえます。得られたカットオフ値は、静脈径が2.8〜3.0mmのような境界域の症例で、判定の客観的な補助線として利用できる可能性があります。

AIは89.2%の精度で判定した──XGBoostモデルの実力

逆流時間を含む多次元的な特徴量を用いて、3種類の機械学習モデルでグレード予測の精度を比較したところ、XGBoost(逆流時間を含むVersion A)が最も高い性能を示しました。全体の正答率は89.2%(95%CI 0.881〜0.903)、Macro-F1スコアは0.882、グレードIIIのAUCは0.941(95%CI 0.925〜0.957)に達し、これは逆流時間単独によるROC解析の結果(AUC 0.935)よりも統計学的に有意に高い値でした(DeLong検定 Z=2.13、p=0.03)。ランダムフォレスト(正答率87.1%)やロジスティック回帰(正答率78.5%)は、これを下回る結果でした。

2024年1〜6月の症例を用いた時間軸に沿った検証でも、XGBoostモデルは87.6%の正答率を維持し、過学習による見かけ上の高精度ではないことが確認されています。また、主要な超音波指標に人為的なノイズを加えた頑健性の検証でも、正答率の低下はわずか1.1ポイント(89.2%→88.1%)にとどまりました。境界域の症例(静脈径2.8〜3.0mm)に限定した解析では、逆流時間単独での誤判定率が8.7%だったのに対し、多特徴量を統合したモデルでは3.2%まで低下しており、境界例における判定の安定化に寄与する可能性が示されています。従来の主観的なグレード判定における検者間一致率がおよそ72%とされていることを踏まえると、機械学習モデルによる89.2%という正答率は、判定の標準化に向けた一つの手がかりになり得ると考えられます。

「逆流時間頼み」ではない──SHAP解析が示した多因子の相乗効果

逆流時間はグレード判定基準そのものに含まれる指標であるため、これをモデルに組み込むこと自体が精度を見かけ上高くする「循環論法」に当たるのではないか、という懸念が生じます。この点を検証するため、逆流時間を除外したXGBoostモデル(Version B)も別途構築されました。その結果、Version Bでも正答率80.4%(95%CI 0.783〜0.825)、グレードIIIのAUC 0.872(95%CI 0.844〜0.899)と、逆流時間なしでも一定の判定精度が保たれることが確認されました。

各特徴量がモデルの判定にどの程度寄与しているかをSHAP解析で見ると、左側の逆流時間(平均絶対SHAP値0.23)が最も影響が大きく、次いで左側の静脈径(0.19)、左側の拡張末期速度(0.15)が続きました。逆流時間を除いたVersion Bでは、左側の静脈径(0.21)と拡張末期速度(0.17)が主要な予測因子として浮かび上がっており、逆流時間以外の指標にも独立した予測価値があることが示されています。これらの結果は、モデルの高い精度が逆流時間のみに依存したものではなく、複数の指標が相補的に働いた結果であることを裏付けています。

なお、逆流時間そのものを推定する回帰モデルについても検証が行われており、ランダムフォレスト回帰はR²=0.820(95%CI 0.802〜0.838)、平均二乗誤差0.76±0.12秒、平均絶対誤差0.58±0.09秒と、重回帰分析(R²=0.650、平均絶対誤差0.92±0.15秒)を上回る精度を示しました。特に逆流時間が6.2秒を超える重症例では、平均絶対誤差が0.41±0.07秒とさらに小さく、重症例ほど推定の精度が高いという結果でした。

日本の診療現場にとっての意味

日本の生殖医療の現場では、精索静脈瘤のグレード判定は、超音波検査を担当する医師の経験や施設ごとの慣行に依存する部分が少なくありません。静脈径2.8〜3.0mm前後の境界域の症例で手術適応の判断が割れることは、珍しくないと考えられます。今回示された逆流時間のカットオフ値(2.3秒・4.5秒・6.2秒)や、機械学習モデルによる客観的な判定は、こうした境界例における意思決定を補助する一つの参考情報となり得ます。

一方で、この研究はあくまで、逆流時間や機械学習モデルが施設独自のグレード判定基準とどの程度一致するかを検証したものであり、精液所見や妊孕性、手術後の成績といった臨床的な転帰との関連は検討されていません。臨床現場でこうした客観的指標を実際の治療方針の決定に用いる際には、この点への留意が必要です。

研究の強みと限界

本研究の強みは、単一施設ながら3855人という大規模なコホートを対象とし、逆流時間と複数の超音波指標を組み合わせて多次元的に解析した点、そして循環論法の懸念に対して逆流時間を除外したモデルを別途構築し、時間軸に沿った検証やノイズ付加による頑健性の検証まで行っている点にあります。

一方で、限界も複数指摘されています。第一に、精液所見や妊孕性、手術後の成績といった臨床的な転帰データが収集されておらず、今回の判定基準やモデルは、あくまで施設独自のグレード判定基準そのものとの一致度を検証したものにとどまります。第二に、単一施設・単一の超音波機器(Mindray DC-8S)によるデータであるため、施設間や機器間での再現性は未検証です。第三に、両側性の症例では、グレードのラベルは重症度の高い側の所見で決定される一方、モデルの入力には両側の指標が用いられており、ラベルと入力特徴量の対応関係にはなお検討の余地があります。第四に、施設独自の判定基準そのものについても、他施設を含めた多施設での外部検証はまだ行われていません。

おわりに

今回の研究は、精索静脈瘤3855例のデータをもとに、逆流時間が重症度と強く関連する定量的指標であることを示し、グレード別のカットオフ値(2.3秒・4.5秒・6.2秒)という客観的な参照値を提示しました。逆流時間を含む多次元的な特徴量を統合したXGBoostモデルは89.2%の正答率でグレード判定を再現し、SHAP解析によって、その精度が逆流時間単独ではなく複数の指標の相乗効果によるものであることも確認されています。精液所見や妊孕性といった臨床的な転帰との関連を検証する前向き研究が、今後の課題として位置づけられています。

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精液検査は男性不妊評価の中心的な検査であり、その結果を左右する調整可能な因子のひとつが禁欲期間です。WHOの精液検査マニュアル第6版は禁欲2〜7日を標準的な期間として推奨していますが、検査の標準化は依然として課題として残されています。禁欲期間が精子濃度や総精子数に与える影響については、期間が長くなるほど増加するという傾向が比較的よく知られている一方、精子正常形態率への影響については報告が少なく、結論も一致していません。

近年の用量反応メタ解析は、禁欲期間と精液パラメータのあいだに非線形の関係がある可能性を示唆しています。しかし精子形態に着目した非線形解析は依然として少なく、大規模サンプルによる体系的な検証は不足しています。さらに、精子の質に影響することが知られている年齢という因子が、禁欲期間と形態率の関係をどう修飾するのかも明らかになっていませんでした。

こうした空白を埋めるべく、中国・山東省の生殖医療センターで2023〜2024年に実施された1262人の後方視的解析が、Andrology誌(2026年)に掲載されました。禁欲2〜7日の範囲で禁欲日数と精子正常形態率の関係を2次回帰モデルで検証し、35歳を境とした年齢層別の解析も行った研究です(doi:10.1111/andr.70329)。

方法──1262人を、禁欲日数と年齢で層別して解析した

対象は2023年1月〜2024年12月に生殖医療科を初めて受診した男性1262人です。年齢20〜57歳、自己申告の禁欲期間2〜7日、不妊評価または妊娠前健診での受診という条件で組み入れ、精液パラメータに欠測がある例や、染色体異常・停留精巣・精巣上体炎・グレードIII以上の精索静脈瘤・精巣腫瘍・化学療法や放射線治療歴のある例は除外されました。対象者は漢民族かつ山東省在住者に限定し、地域差による交絡を排除したとされています。精液はWHO基準に沿って処理し、Diff-Quik染色で最低200個の精子を観察して正常形態率を算出しました。禁欲日数と正常形態率の関係は2次回帰(曲線推定)モデルで解析し、U字カーブの変曲点は「−b1/(2b2)」という式で算出されています。対象は35歳以下(996人)と35歳超(266人)に層別され、年齢と禁欲期間の交互作用も検証されました。研究は施設の倫理委員会の承認(番号TAFY-LL-LW202601)を得て、ヘルシンキ宣言に準拠して実施されています。

変曲点は4.62日、「谷」はDay 5にあった

1262人の禁欲日数の内訳は、2日が172人(13.6%)、3日が330人(26.2%)、4日が304人(24.1%)、5日が208人(16.5%)、6日が80人(6.3%)、7日が168人(13.3%)でした。曲線推定の結果、禁欲日数と正常形態率のあいだには有意なU字型関係が確認されました(2次項p=0.002)。回帰式は「正常形態率=4.558−0.610×禁欲日数+0.066×禁欲日数の2乗」で、変曲点は4.62日、もっとも正常形態率が低くなる「谷」は5日目にあり、推定値は3.01%でした。禁欲2日目から形態率は徐々に低下し、5日目前後で底を打ったあと6〜7日目にかけて再び回復する、U字型のカーブを描いていたことになります。

35歳を境に消えるU字──年齢の影響をどう読むか

年齢で層別すると、35歳以下の996人ではU字型関係が有意でした(2次項p=0.013、変曲点4.60日、谷の推定値3.05%)。一方、35歳超の266人では有意水準に届かず(2次項p=0.075)、変曲点は4.34日と算出されたものの、統計的に有意でないため臨床的な意味は限定的とされています。年齢と禁欲期間の交互作用項はp=0.878で有意ではなく、論文は「年齢による違いは層別解析から示唆されるにとどまり、交互作用として裏づけられたわけではないため慎重な解釈が必要」と述べています。なお、禁欲期間と精子運動率(前進運動率・総運動率)のあいだには、全体・年齢層別いずれにおいても有意な関係は認められませんでした。

背景データを見ると、35歳以下群と35歳超群では、年齢(30.2±3.1歳 対 41.3±4.5歳、p<0.001)のほか禁欲期間、前進運動率(45.82±15.21% 対 42.37±16.02%、p=0.009)、正常形態率(3.58±1.72% 対 3.12±1.58%、p=0.037)にも有意差がありました。一方、精液量、精子濃度、総精子数には両群のあいだに有意差はありませんでした。

なぜU字になるのか──精巣上体に眠る「老化した精子」仮説

論文は、このU字パターンの背景に精巣上体における精子の貯留と排出のメカニズムを想定しています。禁欲期間が短い2〜4日では、精子が蓄積する一方で老化した精子の排出が追いつかず、形態の異常が目立ちやすくなる可能性があります。5日目にかけて過熟精子(over-mature sperm)の割合がピークに達し、これが観測された「谷」に対応すると考えられます。その後は老化した精子の排出と新しい精子の供給が進み、禁欲期間が長くなるにつれて形態率が回復していくと推測されています。年齢による違いは、加齢に伴う精子形成効率の低下や精巣上体機能の変化が関係している可能性があり、精子形成が活発な若年男性ほど禁欲期間の影響を受けやすいのではないか、と論文は考察しています。

臨床的意味・日本への含意

日本では、WHOの精液検査マニュアルに沿って禁欲2〜7日を標準とする施設が多く、禁欲日数の指定は精液検査の一般的な運用の一部となっています。今回の結果を踏まえると、35歳以下の男性で精子形態の評価を目的とする場合には、5日目の禁欲を避け、2〜3日目または6〜7日目に検査を設定することが、より精度の高い評価につながる可能性があります。一方、35歳を超える男性では禁欲期間による形態率への影響が乏しいため、特定の禁欲日数に過度にこだわる必要は少ないものの、2〜7日という範囲内に収めることは引き続き推奨されます。また、総運動精子数はICSIの成績を左右する重要な因子として報告されており、臨床現場では形態率と併せた総合的な評価が求められる、と論文は付言しています。ただし、形態率の絶対差は禁欲日数のあいだでおよそ0.5ポイントと小さく、WHOの正常形態率基準(下位5パーセンタイルが4%)という狭い基準値のなかでの差であるため、個人単位での臨床判断には注意が必要です。

研究の強みと限界

この研究の強みは、1262人という比較的大規模なコホートで、従来の直線解析ではとらえきれなかった非線形の関係を2次回帰モデルで系統的に検証し、年齢層別の解析も組み合わせた点にあります。一方で、単施設の後方視的研究であり、対象の代表性や選択バイアスの可能性は否定できません。精子DNA断片化率など機能的な指標や妊娠転帰は評価されておらず、形態率の変化が実際の妊孕性にどう影響するかは直接には分かりません。喫煙、飲酒、BMI、精索静脈瘤、服薬など既知の交絡因子の情報も収集されておらず、35歳超群はn=266と小さいため、この年齢層でU字パターンを検出する統計的検出力が不足していた可能性も指摘されています。今後は、これらの因子と妊娠転帰を組み込んだ多施設前向き研究による検証が必要とされています。

おわりに

今回の解析は、禁欲日数と精子正常形態率のあいだに、これまで十分に検証されてこなかったU字型の関係があることを、1262例のデータで示しました。谷となる5日目付近の禁欲は、とりわけ35歳以下の男性において形態評価の精度を下げる可能性があり、年齢層による違いは統計的な交互作用としては裏づけられていないものの、臨床上考慮すべき手がかりとして提示されています。今後、機能的指標や妊娠転帰を組み込んだ研究による検証が課題として残されています。

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男性不妊のうち、はっきりした原因がわからないまま無精子症や高度乏精子症と診断されるケースは少なくありません。思春期に第二次性徴が順調に進み、陰茎や陰毛の発達に問題が見られなかったにもかかわらず、成人後の精液検査で初めて精子形成の異常が判明する、というパターンはその一つです。この間、精巣容積の伸びだけが緩やかで、本人にも周囲にも気づかれないまま時間が経過することがあります。

精巣容積は、思春期における精巣の成熟度を示す代表的な臨床指標です。Sertoli細胞の増殖と精細管の拡大にともなって容積は増加し、成人期には15〜25mL(平均18〜20mL)に達するのが通常とされます。しかし、外見上の第二次性徴は正常に進みながら、精巣容積だけが12mL未満にとどまる一群が存在することが、近年注目されるようになりました。この状態はどのように定義され、どの時点で気づくことができるのでしょうか。

Endocrine誌(2026年)に掲載された総説は、こうした病態を「不完全男性思春期(incomplete male puberty)」という新しい疾患概念として整理しています(DOI: 10.1007/s12020-026-04732-2)。500本を超える文献を渉猟したナラティブレビューであり、Sertoli細胞の生物学、AMHとInhibin Bというホルモン指標、そして生後まもない時期に生じる「ミニ思春期」に着目し、成人後の精子形成不全を早期に予測できる可能性を検討しています。

見た目は普通、精巣だけが育たない

不完全男性思春期は、思春期を通じて陰茎や陰毛の発達といった第二次性徴は正常に進行する一方で、Sertoli細胞の機能不全により精巣容積だけが十分に増加しない状態と定義されます。成人後の精巣容積は6〜10mLの範囲で頭打ちになり、正常範囲とされる15〜25mLに届きません。Sertoli細胞は精細管の中で唯一の体細胞であり、1つのSertoli細胞が支えられる生殖細胞の数には上限があるため、Sertoli細胞の数そのものが少なければ、成人後の精子産生量にも上限がかかることになります。この細胞数は、胎児期と生後1〜6か月の「ミニ思春期」という2つの増殖の窓で決まるとされています。

臨床的に紛らわしいのは、クラインフェルター症候群や先天性低ゴナドトロピン性性腺機能低下症(CHH)、抗がん治療後のSertoli細胞・精細管障害など、既知の疾患でも同様に正常な第二次性徴と小さな精巣、低いInhibin BとAMH、その後の無精子症という組み合わせが数年にわたって見られうる点です。そのため、不完全男性思春期という診断を下す前には、これらの既知の疾患を適切な検査で除外する必要があるとされています。

方法──500本超の文献を渉猟したナラティブレビュー

今回の総説は、SciSpace、PubMed、Google Scholarを横断して、Sertoli細胞生物学、AMHとInhibin Bのバイオマーカーとしての意義、ミニ思春期の生理、内分泌かく乱物質、停留精巣、母体の代謝異常、栄養状態が精巣発達に与える影響といったテーマで文献を検索し、500本を超える関連文献を統合したものです。系統的レビューではなくナラティブレビューであり、論文選定に標準化された方法は用いられていない点が、著者ら自身によって明記されています。

生後1〜6か月、「ミニ思春期」にすべての手がかりがある

ミニ思春期とは、出生後3〜6か月の間に視床下部-下垂体-性腺軸が一過性に活性化する現象です。男児では、この時期のLH・FSHの上昇がLeydig細胞のテストステロン産生とSertoli細胞の増殖を刺激し、成人期の精子産生能力を左右するSertoli細胞の数がここで確立されるとされています。テストステロンは生後1〜3か月にピーク(中央値250ng/dL)を迎え、Inhibin Bは生後3か月ごろに378±23pg/mLというピークに達します。これはSertoli細胞の活動が最大になっていることを反映する数値です。

このミニ思春期の時期にInhibin Bが60pg/mL未満であった場合、成人後の精子形成不全と関連することが報告されています。AMHは胎児期から思春期までSertoli細胞のみから分泌されるホルモンで、ミニ思春期に急上昇し、小児期を通じて高値を保ったのち、思春期のテストステロン上昇にともなって低下します。Inhibin Bと合わせて、Sertoli細胞の機能を反映する相補的な指標として位置づけられています。ただし、ミニ思春期のホルモンスクリーニングは、現時点でどの国でも標準的な臨床実践としては確立されておらず、根拠となるエビデンスも後方視的コホート研究や症例集積にとどまっているとされ、前向きの多施設試験が必要と指摘されています。

12mL未満、P10未満、60pg/mL未満――診断を支える3つの数字

精巣容積は、Praderオーキドメーターによる触診が標準的な測定法ですが、長径×短径×高さ×0.71という計算式を用いた超音波による3次元容積計測は、より精度の高い評価を可能にします。思春期の開始は精巣容積4mL(Tanner G2)への到達と定義され、健常体重の男児ではその中央値は11.5歳とされています。思春期を通じてP10centile未満で推移する精巣容積、あるいは成人期に12mL以上に達しないことは、いずれも不完全男性思春期を疑う重要なサインとされます。

ホルモン指標としては、ミニ思春期のLH/FSH比が0.32を超える場合、CHHを健常児と鑑別する陽性的中率が93%に達するとされています。また、総説が提案する診断基準では、精巣容積が完全な思春期を経たあとも12mL未満にとどまること、思春期中の精巣容積がP10未満で推移すること、Inhibin Bがミニ思春期に60pg/mL未満、あるいは思春期に80pg/mL未満であること、初回の精液検査で無精子症または高度乏精子症(5×10⁶/mL未満)が確認されること、そしてTanner G5相当の正常な第二次性徴が認められることが、あわせて挙げられています。FSH負荷試験については、負荷後のInhibin B増加量が30pg/mL未満である場合に成人後の精子形成不全のリスクが高いとする報告がある一方、大規模な前向き研究による臨床的有用性の確立には至っていません。

停留精巣、糖尿病・甲状腺機能低下症の母親──注意すべき高リスク群

停留精巣は、正期産男児の1〜3%に見られる先天異常のうち最も頻度の高いものです。片側性の停留精巣であっても、両側性のSertoli細胞機能障害が70%の症例で確認されるとされ、単なる機械的な問題ではなく、全身性の精巣形成異常を反映していると考えられています。精巣固定術の時点でAd型精祖細胞が消失していた症例では、成人後の平均精子数が8.9×10⁶/射精にとどまり、無精子症の割合も20%に達する一方、低リスク群(Ad型精祖細胞が保たれている症例)では平均220×10⁶/射精、無精子症は5%未満とされています。両側性の停留精巣ではさらに厳しく、平均精子数20×10⁶未満、無精子症率は30〜40%に及びます。生後12〜18か月までの精巣固定術が生殖細胞数の温存には推奨される一方、内因性の精巣形成異常を伴う症例ではSertoli細胞機能そのものを正常化するには至らないとされています。

母体の糖尿病も注目すべき因子です。動物モデルでは、母体の糖尿病により精巣重量が約30%減少し、Leydig細胞数が約28%、Sertoli細胞数が約11%減少することが示されており、臍帯血のhCGとテストステロンの相関(r=0.64、p<0.01)も糖尿病妊娠では乱れているとされます。ヒトを対象とした研究でも、妊娠糖尿病の母親から生まれた男児は、ミニ思春期のテストステロンとInhibin Bが低く、学齢期の精巣容積も小さい傾向が報告されています。母体の甲状腺機能低下症についても、新生児期のゴナドトロピン低下、生後6か月間のテストステロン低下、陰茎長の短縮、精巣容積の減少との関連が示されています。このほか、フタル酸エステル類やアトラジンなどの除草剤、有機塩素系化合物、重金属、ビスフェノール類といった内分泌かく乱物質への胎児期の曝露も、精巣形成に影響しうる因子として整理されていますが、曝露の程度を客観的に把握することが難しく、問診による情報の精度にも限界があるため、これらは因果関係の証明というより疫学的な関連づけの段階にとどまる点には注意が必要とされています。

臨床的意味・日本への含意

日本では、ミニ思春期のホルモンスクリーニングも、精巣容積の縦断的な追跡も、現時点で標準的な小児医療の枠組みには組み込まれていません。今回の総説が示す枠組みは、無精子症の診断が成人後の精液検査で初めて下されるという従来の流れを、小児期・思春期のうちに介入の可能性がある段階へと前倒しする方向性を提示するものといえます。停留精巣の早期手術のように、すでに実施されている介入のタイミングを見直す材料にもなり得ます。臨床現場では、停留精巣の既往がある児や、糖尿病・甲状腺機能低下症の母親から生まれた児について、精巣容積の経過を通常より丁寧に追う、あるいはAMHやInhibin Bの測定を検討する、といった対応の余地が示唆されます。ただし、総説自体が指摘するとおり、ミニ思春期スクリーニングを一律に導入する根拠は現時点で十分ではなく、コストや偽陽性への対応を含めた費用対効果の検討が必要とされています。

研究の強みと限界

今回の総説の強みは、Sertoli細胞生物学、ホルモン指標、内分泌かく乱物質、母体因子、栄養状態といった、これまで個別に論じられがちだった領域を「不完全男性思春期」という一つの疾患概念のもとに統合し、具体的な数値基準と段階的な診断アルゴリズムを提示した点にあります。一方で限界も明確です。第一に、ナラティブレビューであり、論文選定に系統的な方法が用いられていません。第二に、ミニ思春期が脳の性分化に及ぼす影響についてはヒトでの根拠が限定的であることが著者ら自身によって注記されています。第三に、内分泌かく乱物質への曝露を裏づける根拠は疫学的な関連にとどまり、直接的な因果関係の証明ではありません。第四に、ミニ思春期スクリーニングやFSH負荷試験の臨床的有用性は、いずれも大規模な前向き研究では確立されておらず、標準化されたプロトコルも今後の課題として残されています。

おわりに

不完全男性思春期は、正常な第二次性徴の陰でSertoli細胞の機能不全が進行し、精巣容積の伸びだけが妨げられるという、これまで見過ごされてきた病態を整理した新しい疾患概念です。生後1〜6か月のミニ思春期におけるホルモン評価、小児期を通じた精巣容積の連続的な測定、そして必要に応じたSertoli細胞刺激試験を組み合わせた体系的なサーベイランスは、不可逆的な精子形成不全が確立する何年も前に、高リスクの児を見出す可能性を持つとされています。ミニ思春期ホルモン閾値を検証する前向き多施設研究、ミニ思春期が乏しい児への早期ゴナドトロピン療法の無作為化比較試験、出生から成人までの精巣容積centileチャートの整備、FSH負荷試験の標準化、内分泌かく乱物質がSertoli細胞のプログラミングに及ぼす影響のエピジェネティックな解析が、今後の研究課題として挙げられています。男性不妊への対応を、精液検査で発覚してからの事後対応から、小児期からの予防的な管理へと転換させる可能性が、今回の総説では示されています。

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妊娠が成立し維持されるためには、母体の免疫系が父親由来の抗原を持つ半同種の胎児を攻撃せずに受け入れる仕組み、いわゆる免疫寛容が不可欠です。近年の研究では、この免疫寛容の土台が妊娠成立よりも前、性交渉を通じた精液への曝露の段階から準備され始めることが分かってきました。精液には制御性T細胞(Treg)の誘導を助ける複数の因子が含まれており、その蓄積が妊娠期の免疫環境を整えると考えられています。

一方で、この精液による免疫寛容の誘導には、カップルによって強弱があることも臨床疫学から示唆されてきました。妊活における性交渉の期間が短い場合や、コンドーム使用歴が長い場合、あるいは提供精子を用いた生殖補助医療の場合に、妊娠高血圧腎症(子癇前症)のリスクが高まることが複数の研究で報告されています。しかし、この個人差が精液を提供する側(ドナー)の性質によるものなのか、それとも受け取る側(レシピエント)の免疫的な体質によるものなのかは、これまで十分に切り分けられてきませんでした。

この問いに答えるため、11人の精液ドナーと3人の女性由来免疫細胞レシピエントを総当たりで組み合わせる、in vitro(試験管内)のペアリング実験を行った論文が、Human Reproduction Open誌の2026年号に掲載されました(doi:10.1093/hropen/hoag064)。精液を細胞外小胞(SEV)画分と可溶性成分(VDSP)画分に分け、それぞれがレシピエントの樹状細胞・T細胞にどう働きかけるかを網羅的に調べた研究です。

方法——精液を2つの画分に分け、11人×3人の組み合わせで免疫細胞に反応させた

研究では、避妊研究への参加者として採取された健常な男性の精液サンプル11人分と、健常な女性ボランティアから採取した末梢血単核球(PBMC)3人分が用いられました。精液はまず遠心分離とショ糖密度勾配超遠心により、細胞外小胞を多く含む「SEV」画分と、小胞を除いた可溶性成分である「VDSP」画分に分離されました。

次に、各レシピエントの単球由来樹状細胞(MoDC)にSEVまたはVDSPを取り込ませ、そのうえで同じレシピエント由来のナイーブCD4陽性T細胞と7日間共培養しました。培養後、FOXP3陽性・CD25高発現・CD127低発現を指標とする制御性T細胞(Treg)がどの程度誘導されたか、さらにKi-67陽性(増殖中)、PD-1陽性かつCTLA-4陽性、TIGIT陽性、AREG陽性といった機能的なサブタイプの内訳がフローサイトメトリーで解析されました。あわせて、精液に再び曝露させた際の反応の強まり(活性化誘導マーカー、AIM)も評価されました。

誘導率は2.8%から63.4%——ばらつきの主役は「受け手」側だった

11人のドナー精液×3人のレシピエントの組み合わせ全体で見ると、Tregの誘導率は総CD4陽性T細胞の2.8%から63.4%まで、実に20倍以上の幅で分布していました。増殖中のKi-67陽性Tregは1.87%から40.3%、PD-1陽性かつCTLA-4陽性のTregは0.46%から28.6%、TIGIT陽性Tregは0.31%から22.4%、組織修復に関わるAREG陽性Tregは0.475%から25.2%と、いずれのサブタイプでも大きなばらつきが確認されました。

このばらつきを、精液ドナー側の要因とレシピエント側の要因に分けて検討したところ、3人のレシピエントのうち1人(論文中でレシピエントCと呼ばれる人物)は、どのドナーの精液に対しても、SEV・VDSPいずれの画分に対しても、一貫して低い反応しか示しませんでした。対照的に、別のレシピエント(レシピエントB)はほぼすべての指標で最も強い反応を示し、残る1人(レシピエントA)は中間的な反応を示しました。一方、ドナー側では、特定のドナーの精液が全レシピエントで一貫して弱い反応しか引き起こさないという例はあったものの、SEVとVDSPの両方の効果を合わせて考えると、11人のドナーのうち誰の精液も、まったく免疫寛容反応を誘導しない例はありませんでした。研究チームは、この結果から、寛容誘導の個人差はドナー側の要因よりもレシピエント側の要因によって強く規定されている可能性が高いと結論づけています。

免疫のブレーキ役HLA-Gとアデノシン——小胞と可溶性成分で異なる顔

この個人差を生み出す分子的な背景を探るため、精液中の免疫調整分子も解析されました。HLA-Gは、ナチュラルキラー細胞の働きを抑え、Tregの拡大を促すことが知られる非古典的なHLA分子です。ウエスタンブロット解析の結果、HLA-Gの含有量はドナーによって検出限界以下から高濃度まで大きく異なり、SEV画分には膜結合型に近い高分子量のアイソフォームが含まれる一方、VDSP画分には含まれないという、画分による分布の違いも確認されました。

さらに、細胞外のATPをアデノシン(免疫抑制性の代謝物)に変換する酵素であるCD73は、SEV画分には存在する一方、VDSP画分には検出されませんでした。実際にATPを加えて反応を見る機能実験でも、SEV画分のほぼすべてでアデノシン産生量の増加が確認された一方、VDSP画分でこの反応を示したのは1例のみでした。ドナー間でも、このアデノシン産生能力には約4倍の差があったと報告されています。また、TregをMoDC経由で精液に再度曝露させると、特にVDSP画分に対して活性化マーカーの発現が高まる現象(免疫の「学習」のような反応)も観察され、SEVとVDSPが異なる経路で免疫寛容に関与している可能性が示されました。

「相性」は運命ではなく、積み重ねの中にある

日本では、妊娠高血圧腎症や原因不明の不妊、反復着床不全、習慣流産といった課題が、生殖医療の現場でしばしば議論されます。これらの一部は、今回の研究が示すような精液とレシピエント側の免疫的な組み合わせの問題として捉え直せる可能性があります。研究チームは、免疫学的な「相性」を、カップルのどちらか一方に原因を求める二者択一の性質としてではなく、精液の組成(SEVに含まれる因子を含む)、レシピエントの免疫系が持つ基礎的・誘導的な制御能力、そしてこれまでの性交渉歴という、複数の軸からなる多次元的な状態として捉える枠組みを提案しています。

臨床現場では、これまで妊娠高血圧腎症のリスク因子として、提供精子の使用や交際期間の短さ、避妊具の使用歴といった「精液への曝露量」が主に注目されてきました。今回の知見は、それに加えて受け手側の免疫的な体質という、これまで測定されてこなかった軸が存在することを示唆しています。研究チームは、将来的には精液に対する寛容反応そのものを測定する検査が、原因不明の不妊やカップル間の相性を評価する新たな手段になりうると述べています。ただし、これは特定の組み合わせが「妊娠に不向き」であると運命づけるものではなく、あくまで確率的な傾向を示すものである点には注意が必要です。

研究の強みと限界

この研究の強みは、単一のドナーやレシピエントを対象とするのではなく、11人のドナーと3人のレシピエントを総当たりで組み合わせるマトリックス設計により、ドナー要因とレシピエント要因を分離して評価した点にあります。一方で限界も複数指摘されています。まず、レシピエントの人数は3人(追加実験を含めても4人)と少なく、不妊歴や妊孕性といった臨床的な背景で選別されたわけではありません。また、HLA-GやCD73の含有量・活性を、実際のTregやAIM反応と直接相関させる解析は行われておらず、これらの分子が個人差を生む決定的な機序であるとまでは証明されていません。使用された細胞も末梢血由来であり、着床が実際に起こる子宮内膜など組織局所の免疫環境を反映しているとは限らないため、今回の結果を直接的に妊娠成立率や妊娠合併症と結びつけることはできません。さらに、SEVとVDSPの結果を平均して「精液全体」の効果を推定する手法が用いられており、分画していない精液そのものを直接検証したわけではない点も限界として挙げられています。

おわりに

今回の研究は、精液がもたらす免疫寛容の誘導に大きな個人差があること、そしてその個人差には精液ドナー側の要因よりもレシピエント側の免疫的な体質がより強く関わっている可能性を、in vitroの実験系で示しました。精液中のHLA-GやCD73といった分子の含有量・活性がドナーごとに異なること、そして同じ精液への再曝露によってTregの活性化が高まる「記憶」のような反応が観察されたことも、あわせて報告されています。今後は、長期的なパートナー関係にあるカップルや、妊娠合併症・不育症を経験したカップルを対象とした臨床研究によって、この免疫学的な相性が実際の妊娠転帰とどう関連するのかを検証していくことが課題として挙げられています。

参考文献

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不妊は世界的に大きな健康課題であり、カップルのおよそ15%が経験するとされています。このうち約半数には男性側の要因が関わっており、精液検査では精子数の減少・欠如(乏精子症・無精子症)、形態異常(奇形精子症)、運動率の低下(精子無力症)という観点から評価が行われます。中でも精子無力症は男性不妊症例の約80%に認められる最も頻度の高い所見であり、しばしば形態異常や精子数の減少を伴います。

精液検査で異常が確認されても、その原因が特定できない「特発性男性不妊」は全体の15〜40%を占めるとされ、精密な治療戦略を組み立てるうえでの障壁となっています。近年はゲノム解析技術の進歩により、精子の運動を担う尾部構造――中心にある「アクソネーム(軸糸)」――を構成するタンパク質の遺伝子変異が、特発性不妊の一因として次々と同定されています。アクソネームは9対の微小管とその中心にある一対の微小管(9+2構造)からなり、各微小管には「ラジアルスポーク」と呼ばれるT字型のタンパク質複合体が結合しています。ラジアルスポークは中心対微小管と外側の微小管をつなぎ、精子尾部の力学的な情報伝達を担うハブとして機能します。

World Journal of Men’s Health誌に2026年7月にオンライン掲載された総説は、ラジアルスポークを構成する成分の遺伝子変異と男性不妊との関係を体系的に整理しています(doi:10.5534/wjmh.260051)。本総説は、2025年にNature誌へ発表されたクライオ電子顕微鏡(cryo-EM)による構造解析(Leung et al, 2025)を出発点に、ヒト精子に特有のラジアルスポーク構造と、現在までに報告されている14の原因遺伝子について整理しています。

精子の尾を動かす「9+2」構造とラジアルスポークの役割

精子尾部は一枚の膜構造ではなく、複数の層が同心円状に重なった精密な構造体です。細胞膜のすぐ内側には、中片部を形作る「ミトコンドリア鞘」と、主部を形作る「線維鞘」が存在し、それぞれ酸化的リン酸化と解糖系によるエネルギー産生を担っています。さらにその内側には「外側緻密線維」と呼ばれる9本の線維構造が縦走し、尾部の剛性を保っています。中心軸を貫くのがアクソネームで、9対の微小管とその中心にある一対の微小管から構成される、繊毛と共通の「9+2構造」を持ちます。各微小管対のA微小管には、ATPを加水分解して力を生む「内腕ダイニン」「外腕ダイニン」に加え、ラジアルスポークが結合しています。ラジアルスポークはRS1・RS2・RS3という3つが1組になって96ナノメートルごとに繰り返し配置され、中心対微小管と外側の微小管対のあいだで機械的・化学的な情報をやり取りする役割を担います。この仕組みが破綻すると、鞭打ちの波形が平面的な運動に偏るなど、繊毛や精子尾部の運動異常につながることが、原生生物クラミドモナスや、ラジアルスポーク関連の原発性線毛機能不全症(PCD)患者の呼吸器繊毛の観察から示されています。

ヒト精子だけに存在する「樽」と「橋」──最新構造解析が明らかにしたこと

ラジアルスポークは古くから単細胞生物クラミドモナスを用いた研究で23種類以上の保存されたタンパク質から構成されることが知られていましたが、この20年の間にクライオ電子顕微鏡による解析が進み、生物種や細胞種によって構造に多様性があることが明らかになってきました。Leungらが2025年にNature誌へ報告した研究は、cryo-EMによる立体構造、プロテオーム解析、人工知能による構造予測を組み合わせ、哺乳類精子のラジアルスポーク三つ組の原子レベルの構造を初めて示しました。この研究では34種類のラジアルスポーク構成因子が同定され、そのうち13種類は哺乳類精子に特有の成分であることが分かりました。特に注目されるのは、RS1に結合する「樽(バレル)」構造と、RS2とRS3をつなぐ「橋(ブリッジ)」構造で、いずれも非哺乳類の精子や哺乳類の運動性繊毛には見られません。橋構造の新規成分として同定されたSTKLD1とEFCAB5は、いずれも酵素活性に関わるドメインを持ち、STKLD1はキナーゼとして受精能獲得(キャパシテーション)に伴うリン酸化シグナルに関与する可能性が、EFCAB5はカルシウム結合モチーフを介してカルシウム依存性の運動亢進(過剰活性化運動)に関わる可能性が指摘されています。これらの知見は、ラジアルスポークが単なる構造的な支持体ではなく、精子特有の運動制御に能動的に関与するシグナル伝達拠点である可能性を示しています。

すでに14の遺伝子が同定──頭部・柄・橋、それぞれの変異が精子を止める

本総説によれば、現在までにヒトでラジアルスポーク構成成分をコードする14の遺伝子に、男性不妊と関連する病的変異が報告されています。RS1・RS2の頭部を形成するRSPH1では、スプライス部位変異やフレームシフト変異、ナンセンス変異を持つ複数の精子無力症患者が報告されており、患者によって精子尾部の形態異常(MMAF:多発性精子鞭毛形態異常)を伴う例と伴わない例があることから、変異の種類によって病原性の強さが異なると考えられています。同じ頭部成分のRSPH9では、c.244T>C(p.W82R)という変異を持つ精子無力症患者が報告され、形態異常は軽度にとどまる一方で運動率は著しく低下していました。アデニル酸キナーゼドメインを持つAK8では、開始コドンを損なうc.2T>G(p.M1R)変異を持つ患者の精子がほぼ不動となる一方、精子数は正常範囲にとどまり、マウスモデルとは表現型が一部異なることが示されています。RS1の基部に位置するIQUBや、RS2の柄の基部に位置するCFAP206の変異でも、精子無力症や乏精子奇形精子無力症が報告されています。

一方、RS3の頭部成分であるLRRC23、AK7、AK9、CATIPの変異も相次いで報告されています。LRRC23はRS3の頭部を構成する最初に同定された成分で、スプライス部位変異を持つ患者とモデルマウスの双方でRS3構造とRS2-RS3間の橋構造が部分的に欠損することが、クライオ電子線トモグラフィーで確認されました。AK7とAK9はいずれもアデニル酸キナーゼファミリーに属し、ヌクレオチド代謝を介してエネルギー恒常性を維持しています。AK7の病的変異(c.2018T>C;p.L673Pなど)を持つ患者の精子はMMAF表現型を示し、軸糸構造が著しく乱れています。AK9については5人の精子無力症患者から8つの病的変異が同定されており、患者の精子は形態異常こそ目立たないものの、ヌクレオチドや解糖系代謝物のレベルが対照群より有意に低下していました。RS3の柄に位置するCFAP61や、頸部構造を作るCFAP91・CFAP251の変異では、MMAF表現型がより顕著に現れる傾向があり、CFAP251変異を持つ患者の精子ではミトコンドリアそのものを欠く例も報告されています。CFAP61変異を持つ患者では、精子の運動障害に加えてクロマチン凝縮異常も認められ、体外受精における胚の質や妊娠転帰への影響が懸念されています。

マウスでは不妊、ヒトでは未確認──次に見つかるかもしれない遺伝子たち

ヒトで病的変異が報告されている14遺伝子に加え、マウスモデルの解析からラジアルスポーク関連因子として不妊との関連が示唆されている遺伝子も複数存在します。カルシウム/カルモジュリン依存性キナーゼをコードするCAMK4、繊毛の中心対形成に関わるNME5、カルモジュリン様タンパク質をコードするEFCAB10、RSPH4Aの精子特異的パラログであるRSPH6A、RS3の柄に位置するSTYXL1、RS2-RS3間の橋構造に位置するEFCAB5、プロテインキナーゼA複合体を構成するPRKACA・PRKAR1Aなどが該当します。これらの欠損マウスは不妊または低受精能を示すものの、対応するヒトの病的変異はまだ報告されていません。特にPRKAR1Aについては、ヒトでのヘテロ接合性変異がCarney複合体という遺伝性疾患を引き起こすことが知られており、この疾患を持つ男性で不妊の頻度が高いことが報告されていますが、不妊がPRKAR1A変異そのものに直接起因するかどうかは、まだ明らかになっていません。

日本の生殖医療への含意

日本では、精液検査で高度の精子無力症やMMAF様の形態異常が確認された場合、原因が特定できないまま体外受精や顕微授精(ICSI)に進むことも少なくありません。本総説が示すように、ラジアルスポーク関連遺伝子の変異は多くが両アレル性(両親由来の変異が重なって発症する)であり、遺伝学的検査によって原因を特定できれば、患者本人への説明だけでなく、次子や血縁者への遺伝カウンセリングにも活用できる可能性があります。実際、RSPH3やSPAG6の変異を持つ重度精子無力症患者でも、ICSIによって良好な妊娠転帰が得られたとする報告があり、原因遺伝子が特定された場合でも、生殖補助医療によって挙児が可能になるケースがあることを示しています。また、CFAP61変異患者で報告されたクロマチン凝縮異常のように、運動率だけでなく精子の遺伝物質の状態にも影響が及ぶ変異があることは、体外受精・顕微授精を行う医療機関にとって、原因遺伝子ごとの特性を踏まえた検査・説明の重要性を示唆しています。

研究の強みと限界

本総説の強みは、これまで個別に報告されてきたラジアルスポーク関連遺伝子の変異情報を、2025年の最新構造解析の知見と結びつけて統合的に整理した点にあります。一方で限界もあります。取り上げられている症例の多くは少数例の症例報告や小規模コホートに基づくものであり、変異の頻度や表現型の重症度を集団レベルで評価するには至っていません。また、RSPH3やCATIPのように、病的変異が報告されていても、その分子メカニズムの詳細が明らかになっていない遺伝子も複数あります。マウスモデルで示された知見がそのままヒトに当てはまるとは限らず、AK8のようにマウスとヒトで表現型の重症度が異なる例も報告されており、動物モデルからヒトへの外挿には注意が必要です。今回の総説自体も一次データを新たに生成したものではなく既存文献のレビューであるため、引用された各研究の症例数や統計的検定力については、原著論文にあたって確認する必要があります。

おわりに

特発性男性不妊の原因を明らかにする取り組みが続けられているものの、依然として多くの症例で原因が特定されないままとなっており、精密な治療戦略の構築を妨げる要因となっています。過去20年間のゲノム解析研究により、精子尾部を構成するラジアルスポーク関連因子を中心に、男性不妊の遺伝的背景の理解は大きく進みました。しかし、今回整理された14の原因遺伝子はあくまで現時点で同定されているものであり、今後も未知の遺伝的要因が明らかになっていく可能性があります。動物モデルを用いた病態メカニズムの解明と、ヒトにおける遺伝学的検査の蓄積を組み合わせることで、患者一人ひとりの原因に応じた診断・治療アプローチの確立につながることが期待されます。

参考文献

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異なる種同士を交配させて生まれる交雑動物は、しばしば両親にはない優れた形質を示す一方、生存力の低下や不妊といった代償を伴うことが知られています。この現象は「雑種不稔」と呼ばれ、種の分化や生殖隔離のメカニズムを解明するうえで進化生物学の重要な研究テーマとなってきました。ウマとロバの交雑種であるラバの不妊は両親の染色体数の違いに起因しますが、ウシ(♂)とヤク(♀)の交雑で生まれる「キャトルヤク」は事情が異なります。両親種の染色体数は同じであるにもかかわらず、雄は不妊となる一方、雌は妊性を保ちます。異種交雑で雄側により不妊が生じやすいとする「ホールデンの法則」に合致する現象です。

哺乳類の精子形成は、精巣の精細管内で進行する長期にわたる高度に秩序立った過程です。精祖細胞(精子のもとになる幹細胞)の増殖に始まり、減数分裂を経て精子細胞へと分化し、最終的に精子へと形態を変えていきます。この一連の流れがどの段階で、なぜ止まってしまうのかは、キャトルヤクの雄不妊を理解するうえで長年の課題でした。

この問いに対し、キャトルヤクとヤクの精巣組織を組織染色・電子顕微鏡・免疫染色・トランスクリプトーム解析など複数の手法で比較した研究が、Theriogenology誌2026年265号(doi:10.1016/j.theriogenology.2026.118117)に報告されました。精子形成が停止する起点と、悪化していく段階が、精細胞レベル・遺伝子発現レベルの双方から明らかにされています。

方法──何頭を、どう比べたか

本研究では、24か月齢のキャトルヤク3頭と、同年齢のマイワヤク(Bos grunniens)3頭の精巣組織(中国四川省紅原県で採取)が用いられました。HE染色による組織評価、TUNEL染色によるアポトーシス検出、電子顕微鏡による微細構造観察、免疫蛍光染色によるマーカー可視化に加え、精祖細胞にLIN28A遺伝子を過剰発現させる実験、既存のトランスクリプトームデータを統合した遺伝子発現解析が行われました。動物実験は西南民族大学の動物実験委員会の承認(承認番号S2024050051)を得ています。

「精子のもと」が足りない――精細管に見えた最初の異常

精子形成細胞のマーカーであるDDX4を用いた免疫染色では、キャトルヤクの精細管でDDX4陽性細胞の数と発現量がヤクに比べて有意に少ないことが確認されました。HE染色でも、キャトルヤクの精細管には空胞化(細胞が抜け落ちたような隙間)が目立ち、細胞数自体が減少していました。中には精祖細胞とセルトリ細胞のみで構成される精細管も見つかり、全精細管の3.2%±0.7%を占めていました。対照的に、ヤクの精細管は正常な形態を保っていました。

精細管の周期(精上皮周期)をステージ別に見ると、通常であれば多様な細胞が段階的に存在するはずのステージI-VIとIX-XIIの割合がキャトルヤクで有意に減少し、逆に減数分裂像が見られるステージVII-VIIIの割合は有意に増加していました(0.730±0.026 対 ヤク0.449±0.003)。さらに、円形精子細胞に対する一次精母細胞の比率が大きく低下する一方(0.050±0.007 対 1.772±0.067)、一次精母細胞に対する精祖細胞の比率はむしろ増加しており(1.972±0.261 対 1.442±0.035)、精子形成の初期段階から後の段階へと細胞が正常に移行できていない実態が浮かび上がりました。

出発点は「幼弱な精祖細胞」への切り替え――遺伝子の79.88%がオフに

精細胞の種類を細かく見ると、キャトルヤクの精巣では精祖幹細胞マーカー(FGFR3、UCHL1)と一次精母細胞マーカー(SYCE1、SYCP2)は検出された一方、二次精母細胞・精子細胞・精子のマーカーは検出されませんでした。この結果は、キャトルヤクの精子形成が一次精母細胞の段階で止まっていることを裏付けています。

研究チームは、ヤクの精巣が正常に発達する過程(生後3か月齢から5か月齢、未分化な「ゴノサイト」が精祖細胞へ移行する時期)の遺伝子発現データと、キャトルヤク・ヤク精巣の比較データを重ね合わせ、移行に関わる遺伝子を絞り込みました。結果、1148個の発現変動遺伝子のうち917個、全体の79.88%がキャトルヤクで発現低下していました。これらは「生殖」に関連する機能に強く関連し、KEGG解析では卵母細胞減数分裂経路が最も関連する経路として抽出され、CDC20、AURKA、CDK2など染色体分離に関わる遺伝子の多くが発現低下していました。ゴノサイトから精祖細胞への移行という初期段階で、すでに遺伝子発現の大規模な乱れが生じていたことになります。

幹細胞マーカーの低下とアポトーシスの増加

自己複製を繰り返しながら精子形成を支え続ける「精祖幹細胞」に着目した解析では、代表的マーカーであるGFRα1、LIN28A、PLZFの陽性細胞数と発現量が、いずれもキャトルヤクの精巣でヤクより有意に低いことが示されました。核と細胞質の比率(核質比)を調べたところ、A1型・B1型精祖細胞でキャトルヤクの値が有意に低く、発達状態の違いが示唆されました。TUNEL染色でもアポトーシス率がヤクより有意に高く、精祖幹細胞が「増えにくく、かつ失われやすい」状態にあることがうかがえます。

減数分裂のクライマックスで止まる――パキテン期に見えた異変

一次精母細胞は、前細糸期・細糸期・接合糸期・太糸期(パキテン期)の順に減数分裂第一段階を進めます。キャトルヤクの精細管では、この4段階の細胞は観察されたものの、次の複糸期(ディプロテン期)の細胞は一切見つかりませんでした。これは、精子形成の停止がパキテン期でさらに悪化していることを意味します。パキテン期は相同染色体どうしが対合し、遺伝情報を交換する重要な段階です。

キャトルヤクの接合糸期・パキテン期の一次精母細胞では核質比が有意に低く、ミトコンドリアの正常な形態を保つ割合も各段階で有意に低下しており、エネルギー供給の異常が示唆されます。電子顕微鏡による観察では、一次精母細胞の一部で染色質が異常に凝集し、空胞を伴う球状の塊を形成したのちアポトーシスへ至る過程が捉えられています。TUNEL染色では評価しにくいため電子顕微鏡画像で算出したところ、キャトルヤクのアポトーシス率は0.551±0.221、ヤクは0.079±0.011と、7倍近い開きが認められました(有意差あり)。

LIN28Aを補うと、増殖は「道半ば」まで回復した

精祖幹細胞のマーカーであるLIN28Aは、RNA結合タンパク質の一種で、幹細胞の多能性維持や自己複製、増殖に関与することが知られています。キャトルヤクの精巣、およびそこから単離した未分化精祖細胞(UDSPG)では、LIN28Aの発現がヤクに比べて低下していました。そこで研究チームは、キャトルヤクのUDSPGにLIN28A発現ベクターを導入し、遺伝子発現をおよそ11.34倍に高めたうえで、その影響を検証しました。

その結果、LIN28Aを過剰発現させた群は対照群より有意に増殖活性が高くなりましたが、ヤク由来細胞の水準までは回復せず、両者の中間にとどまりました。遺伝子発現を見ると、CDK4、CCNA1、CCNB1、POU5F1、MYCなど増殖関連遺伝子が上昇する一方、DMRT1、KIT、SCML2、SOHLH2など分化関連遺伝子は低下し、LIN28Aが精祖細胞を「増殖優位・分化抑制」の方向へ導くことが裏付けられました。増殖活性が完全には回復しなかったことは、他の因子も関わっている可能性を示しています。

日本の畜産・生殖生物学研究への含意

日本では乳牛・肉牛の育種において異種間交雑や高度な生殖補助技術の活用が進んでおり、雑種不稔のメカニズム解明は家畜繁殖学における関心事でもあります。また、精祖幹細胞の増殖・分化バランスが崩れて精子形成が止まるという知見は、哺乳類に共通する精子形成の基本原理の理解にも資する可能性があります。臨床現場で扱われる非閉塞性無精子症などヒトの精子形成不全の一部にも、幹細胞レベルでの増殖・分化バランスの乱れが関与すると考えられており、動物モデルの知見は比較生物学的な視点から還元されうるものです。ただし生殖生物学的な背景は大きく異なり、結果を直接ヒトに外挿することはできません。

研究の強みと限界

本研究の強みは、組織学・電子顕微鏡・免疫染色・トランスクリプトーム解析・培養細胞での機能検証を組み合わせ、精子形成停止の起点と悪化段階の両方を一貫して示した点にあります。一方で限界もあります。発現変動遺伝子の多くはタンパク質レベルでの機能低下や実際の細胞表現型までは確認されておらず、蛋白レベルでの裏付けは今後の課題です。また、LIN28A過剰発現で増殖活性が部分的にしか回復しなかったことから、他の因子も関与している可能性があります。動物数も各群3頭と限られており、より大規模な検証が待たれます。

おわりに

本研究は、キャトルヤクの雄不妊が、ゴノサイトから精祖細胞への移行という初期段階の遺伝子発現の大規模な低下(全体の79.88%)に起点を持ち、精祖幹細胞の増殖・分化バランスが崩れて幹細胞数が不足し、さらにパキテン期の一次精母細胞で染色質の異常凝集とアポトーシス増加が重なって悪化する、二段階の破綻プロセスであることを示しました。LIN28Aの補充で増殖が部分的に回復したことは、雑種不稔に介入しうる分子標的の存在を示唆しています。今後はタンパク質レベルの検証や、精祖細胞ニッチの役割を含めた包括的な解析が課題です。

参考文献

1. Zhang P, et al.『Spermatogenic arrest of cattle-yak originated from aberrational transition from gonocytes to spermatogonia and aggravated at pachytene primary spermatocyte stage』Theriogenology 2026;265:118117. doi:10.1016/j.theriogenology.2026.118117

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体外受精(IVF)や顕微授精(ICSI)を行っても、卵子が正常に受精しなかったり、受精はしても分割が進まなかったりする例が一定数存在します。こうした受精障害・初期分割障害は、生殖補助医療(ART)の失敗の主要な原因のひとつとされていますが、原因を遺伝子レベルで特定し、それに応じて治療方針を調整する「遺伝子型に基づく管理」は、臨床現場ではまだ十分に普及していません。

受精は、精子の獲得能獲得、先体反応、配偶子の結合・融合、卵子活性化、前核形成といった複数の段階からなるプロセスです。カルシウムイオン濃度の振動的な変化(Ca2+オシレーション)などのシグナル伝達が、精子と卵子の融合や受精卵の最初の分割といった重要なチェックポイントを制御しています。原因不明の受精障害・分割障害の背景には、精子の頭部・鞭毛の構造異常や、卵子活性化経路の機能不全など、複数の遺伝的要因が関わっていることが分かってきました。

こうした中、Asian Journal of Andrology誌に2026年に掲載された症例シリーズは、原因不明の受精障害・分割障害を経験した20組の夫婦を全エクソーム解析(WES)で調べ、4家系から6つの新規遺伝子変異を同定しました(doi:10.4103/aja202629)。精子の超微形態、免疫染色、そして受精卵レベルでの遺伝学的検査を組み合わせることで、遺伝子型ごとに異なる治療戦略――ICSIで乗り越えられる壁と、ICSIに卵子活性化処置(AOA)を加えて初めて乗り越えられる壁――を具体的に描き出しています。

方法──20組の夫婦を、全エクソーム解析で調べた

対象は、2020年3月から2024年10月にかけて、中国・広州の中山大学孫逸仙記念医院IVFセンターで、原因不明のIVF/ICSI受精障害または初期分割障害を経験した20組の夫婦です。女性側には明らかな遺伝的異常が認められなかったため、男性側の精液を対象に全エクソーム解析(WES)がスクリーニングとして行われました。候補となる変異は、一般集団データベース(gnomAD、1000 Genomesなど)での頻度が0.01未満であること、複数の予測ツールで病原性が示唆されること、男性不妊との関連がすでに報告されている遺伝子であることなどの基準で絞り込まれ、サンガーシーケンシングで確認されました。変異が同定された症例では、精子の透過型電子顕微鏡(TEM)観察、免疫蛍光染色、さらに必要に応じて受精卵の定量的親由来汚染検査(qPCT)と血縁関係解析が追加で行われています。

4家系、6つの新規変異──ICSIで越えられる壁

4つの家系から見つかった6つの新規変異は、DNAH10に2つ、DNAH12に2つ、CFAP47とPLCZ1にそれぞれ1つずつでした。DNAH10とDNAH12は、精子の鞭毛を動かす「9+2」構造(9対の周辺微小管と1対の中心微小管からなる軸糸)の中で、ダイニンという分子モーターを構成する遺伝子です。家系1の男性は、精液量・濃度は正常であるものの、正常形態精子率が0.9%(基準値4.0%以上)と重度の形態異常を示し、DNAH10の複合ヘテロ接合変異(ナンセンス変異c.2569C>T、ミスセンス変異c.4102A>G)を保有していました。従来の体外受精(IVF)では受精率が10.0%(1/10)にとどまったのに対し、ICSIでは57.1%(4/7)まで改善し、最終的に先天異常のない健康な男児が誕生しています。

家系2では、兄弟2人がともに軽度の奇形精子症を伴う不妊症で、DNAH12のフレームシフト変異(c.2439delG)とミスセンス変異(c.10254G>T)の複合ヘテロ接合を共有していました。兄はIVFでは受精率0%だったのに対しICSIでは60%(3/5)、弟はICSI単独で受精率89.5%(17/19)、分割率94.1%(16/17)と良好な成績を示し、いずれも健康な子どもの出産に至っています。精子の電子顕微鏡観察では、軸糸の内腕ダイニンの欠損や微小管の消失といった「9+2」構造の破綻が確認され、免疫染色でも該当タンパク質の発現低下が裏付けられました。これらの結果は、DNAH10・DNAH12によるダイニン機能不全が精子の運動性や卵子への侵入を妨げている一方、ICSIによって物理的にその壁を回避できることを示しています。

ICSIだけでは足りなかった──CFAP47とPLCZ1、卵子活性化の壁

家系3の男性は、重度の奇形精子症と軽度の精子無力症を伴い、CFAP47のヘミ接合ミスセンス変異(c.8006C>T)を保有していました。妻は多嚢胞性卵巣症候群と原発性不妊の診断を受けており、ICSI単独では受精率58.3%(7/12)を得たものの、正常な分割に進んだのはわずか14.3%(1/7)で、移植可能な胚は得られませんでした。免疫染色では、CFAP47タンパク質の発現がわずかに低下するとともに、卵子活性化に関わるPLCZ1タンパク質の局在異常も認められ、CFAP47の欠損がPLCZ1の機能に間接的に影響している可能性が示唆されました。ICSIにAOA(人工的卵子活性化)を追加したところ、受精率は84.2%(16/19)、分割率は93.8%(15/16)まで改善し、2回の胚移植でいずれも出産に至っています。

家系4は近親婚家系で、夫婦とも精液所見・女性ホルモン・生殖器の構造・染色体核型はすべて正常であるにもかかわらず不妊が続いていました。夫はPLCZ1のホモ接合ミスセンス変異(c.589C>T)を、カルシウムイオン結合部位に近いX領域に保有していました。通常のIVFでは受精した卵子が一つもなく、多くが3個以上の前核を持つ「多核化」を示しました。ICSIにAOAを追加したところ、受精率は11.6%(5/43)にとどまったものの、受精した卵はすべて(5/5)正常に分割し、最終的に先天異常のない健康な女児が誕生しています。PLCZ1は精子に特異的なホスホリパーゼで、受精後のカルシウムイオン振動を引き起こし、卵子の活性化と、複数精子の侵入を防ぐ「透明帯ブロック」の両方に関わるとされます。この機能が損なわれると、卵子の活性化不全だけでなく、多精子受精(ポリスパーミー)のリスクも高まると考えられています。

多核卵の正体──遺伝学的検査が明かした「父親由来DNA過剰」

家系4で得られた6個の受精卵について、単一細胞全ゲノム増幅とqPCTによる解析が行われました。その結果、2つの胚は正常な二倍体でしたが、残る4個は異数体で、その染色体の多くが父親由来であることが判明しました。さらに、胚と両親の血縁関係を数値化する血縁係数解析では、父親との係数が第一度近親者の目安である0.25に近い、あるいはそれを上回る一方、母親との係数は0.25を大きく下回り、時にマイナス値を示す胚もありました。これは、受精卵に含まれる父親由来のDNA量が過剰で、母親由来のDNA量が不足していることを意味し、1個の卵子に複数の精子が受精する多精子受精(ポリスパーミー)と矛盾しない所見です。その後、ICSIとAOAを組み合わせた治療では正常な2つの前核を持つ受精卵が得られ、順調に分割期胚まで発育しています。

臨床的意味・日本への含意

日本では、不妊症のうち男性側の要因が関わる割合は約半数とされ、体外受精・顕微授精を繰り返しても原因不明のまま受精や分割がうまくいかないケースは、生殖医療の現場で少なからず経験されます。今回の症例シリーズが示すのは、こうした原因不明のケースの一部に、精子の軸糸構造やカルシウムシグナル伝達に関わる遺伝子変異が関与している可能性であり、遺伝子検査によって治療方針を精密化できる余地があるという点です。具体的には、軸糸ダイニン関連遺伝子(DNAH10、DNAH12など)の変異が疑われる場合はICSIを、卵子活性化経路の遺伝子(PLCZ1、CFAP47など)の変異が疑われる場合はICSIにAOAを組み合わせる、という二段構えの戦略が想定されます。AOAについては、22件の研究を統合したメタ解析で、妊娠成績を改善し先天異常の発生率には影響しないことが示されており、AOAで生まれた3〜10歳の子どもを対象とした追跡調査でも、神経発達や行動面の問題は確認されていません。ただし、AOAが胚に及ぼす影響が完全には解明されていない以上、臨床現場では利益とリスクについて十分な説明と同意のプロセスを経ることが求められます。また、多核化した受精卵が生じた場合には、qPCTや血縁係数解析といった胚レベルの遺伝学的検査が、多精子受精の可能性を客観的に示す手段として活用できる可能性があります。

研究の強みと限界

今回の症例シリーズの強みは、全エクソーム解析による遺伝子型の同定にとどまらず、精子の電子顕微鏡観察・免疫染色による表現型の裏付け、さらに受精卵レベルでのqPCT・血縁係数解析までを一貫して組み合わせ、同じ患者・家系内でIVF、ICSI、ICSI+AOAという複数の治療法の成績を比較できた点にあります。一方で限界も明確です。対象は4家系にとどまる観察研究であり、変異の病原性を裏付ける機能的なレスキュー実験(変異を修復して機能が回復するかを確認する実験)は行われていないため、因果関係についての結論は慎重に扱う必要があります。また、単一細胞全ゲノム増幅に伴う増幅バイアスは、複数の解析手法や複数胚での検証によって軽減が図られているものの、完全には否定できません。より大規模な前向きコホート研究と、AOA適応基準の標準化が今後の課題として挙げられています。

おわりに

今回の症例シリーズは、精子の軸糸ダイニン機能不全(DNAH10、DNAH12)と、卵子活性化経路の機能不全(PLCZ1、一部のCFAP47)という、異なる原因によって生じるART失敗のパターンを遺伝子レベルで区別し、それぞれに対応する治療戦略――軸糸ダイニン関連ではICSI、活性化経路関連ではICSI+AOA――を具体的に示しました。多核化した受精卵に対するqPCT・血縁係数解析も、多精子受精を裏付ける有用な補助的手法として位置づけられています。原因不明の受精障害・分割障害に対して、標的を絞った遺伝子検査と受精卵レベルの解析を組み合わせることは、個々の患者の病態に応じた、より精密な生殖補助医療につながる可能性を示す知見です。

参考文献

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体外受精や顕微授精といった生殖補助医療では、精子を体外で培養して受精能を獲得させる「カパシテーション(capacitation)」という過程を経てから、精子選別や媒精が行われます。世界保健機関(WHO)はスイムアップ法による精子選別の際に1時間のカパシテーションを推奨していますが、卵子を覆う透明帯への結合能を検討した過去の研究では、実際には4時間程度の培養が必要になる可能性も指摘されており、最適な培養時間についてはこれまで議論が続いてきました。

精子が受精にたどり着くまでには、先体反応、透明帯への結合と貫通、卵子との接着・融合という複数の段階を経る必要があり、それぞれの段階でゾナドヘシン(ZAN)、IZUMO1、TMEM95といった膜タンパクが重要な役割を担うことが分かっています。これらのタンパクは、精子の頭部表面で特定の領域に配置されたり、生理状態の変化に応じて移動したりすることで機能を発揮しますが、カパシテーションの培養時間がこの配置や動態に影響するかどうかは、これまで十分に検討されてきませんでした。

この問いに答えるため、Andrology誌(2026年)に掲載された研究(doi:10.1111/andr.70336)は、16人の正常精液所見のドナーから採取した精子を対象に、非カパシテーション状態、1時間および4時間のカパシテーション状態、そしてそれぞれの培養後に先体反応を誘導した状態という5つの生理状態で、ZAN・IZUMO1・TMEM95の局在パターンを共焦点顕微鏡による免疫蛍光染色で比較しました。

方法──5つの生理状態を、3つのタンパクで比較した

対象は正常精液所見を示す16人のドナーです。3〜4日の禁欲期間の後にマスターベーションで精液を採取し、WHO基準に基づくセミノグラム検査(濃度、運動率、形態、生存率)を実施しました。精液を洗浄したのち、非カパシテーション(NCS)群、1時間カパシテーション(CS1)群、4時間カパシテーション(CS4)群に分割し、CS1・CS4群はさらにスイムアップ法で運動精子を回収したうえで、カパシテーション状態を維持する群と、カルシウムイオノフォアで先体反応を誘導する群(ARS1・ARS4)に分けています。各条件で200個以上の精子細胞を共焦点レーザー走査型顕微鏡で観察し、ZAN・IZUMO1・TMEM95それぞれについて、頭部での染色パターンを4種類(P1:先体部にドット状、P2:先体部ドット状に加え赤道部も標識、P3:赤道部のみ標識、P4:標識なし)に分類して定量しました。統計解析には、Kruskal-Wallis検定(Bonferroni補正)に加え、複数の指標を同時に扱う正準判別分析(CVA)による多変量解析が用いられています。

未培養の精子には、目印がなかった

非カパシテーション状態(NCS)の精子では、ZANとTMEM95の大半が「標識なし(P4)」のパターンを示し、ZANは60.55±16.89%、TMEM95は46.44±26.37%の精子でこれらのタンパクが検出されませんでした。一方でIZUMO1は、非カパシテーション状態でもすでに先体部(P1)パターンが50.61±20.60%と一定程度検出されており、3つのタンパクのあいだで動態の出発点が異なることが示唆されました。

培養1時間でも4時間でも、行き着く先は同じだった

カパシテーションを行うと、ZAN・IZUMO1・TMEM95のいずれについても陽性精子の割合が有意に増加しました(Bonferroni補正済みp<0.01)。具体的には、非カパシテーション状態からCS1にかけて、ZAN陽性率は39.45%から83.64%へ、IZUMO1は55.57%から77.88%へ、TMEM95は53.56%から83.96%へと上昇しています。ZANは先体部パターン(P1)が38.01±15.96%から73.08±16.29%(CS1)、69.71±14.35%(CS4)へ、TMEM95は赤道部パターン(P3)が45.52±23.76%からCS4で69.63±14.38%へと増加しました(いずれもp<0.001台)。重要なのは、これらの変化がCS1(1時間)とCS4(4時間)のあいだで統計的な差を示さなかった点です。つまり、培養を1時間で終えても4時間続けても、3つのタンパクの配置という指標では同じ状態に到達していたことになります。

先体反応の合図で、IZUMO1だけが動いた

カルシウムイオノフォアで先体反応を誘導すると(ARS1・ARS4)、IZUMO1の分布に明確な変化が現れました。先体部パターン(P1)はCS1の66.92±15.83%からARS1では34.87±20.24%へ減少する一方、赤道部パターン(P3)は3.63±3.42%から17.23±7.88%へ増加しています(いずれもp<0.001)。CS4とARS4のあいだでも同様の傾向がみられました(P1:63.54%→33.76%、P3:4.93%→24.21%)。これは、先体反応を経てIZUMO1が赤道部へ移動し、卵子との融合に向けた準備が進んだことを反映していると考えられます。一方でTMEM95は、非カパシテーション状態からすでに赤道部(P3)に多く分布しており、先体反応の前後で大きな移動はみられませんでした。げっ歯類を対象とした過去の研究ではTMEM95が先体反応に伴って移動することが報告されていますが、今回のヒト精子での結果は、種による違いがある可能性を示しています。

3つのタンパクの動きを、1枚の地図にすると

研究チームは、ZAN・IZUMO1・TMEM95の4パターン(P1〜P4)の組み合わせを説明変数として正準判別分析(CVA)を実施し、5つの生理状態を多変量的に識別できるかを検証しました。抽出された4つの正準変量は統計的に高い判別力を示し(Wilks’ Lambda=0.07、F=4.984、p<0.001)、うち上位2変量だけで全分散の88.5%を説明しています。この解析では、非カパシテーション・カパシテーション・先体反応誘導という3つの生理状態は明確に分離される一方、CS1とCS4、あるいはARS1とARS4のように培養時間だけが異なる群同士は近接してクラスターを形成しました。個体を正しい生理状態に分類できた割合は75%(交差検証後は51.25%)で、内訳は非カパシテーション75%、カパシテーション(CS1・CS4)81.25%、先体反応誘導がARS1で62.5%、ARS4で75%という結果でした。

臨床的意味――培養時間をめぐる議論への手がかり

日本の生殖補助医療の現場でも、スイムアップ法による精子選別に先立つカパシテーション時間は、WHOの推奨する1時間を基本としつつ、施設によっては透明帯結合能を重視して培養時間を延長する運用がみられます。今回の結果は、少なくともZAN・IZUMO1・TMEM95という受精に不可欠な3つのタンパクの配置転換に関しては、1時間の培養で4時間培養とほぼ同等の状態に到達することを示しており、WHO推奨の1時間法を支持する材料の一つになり得ます。ただし、この研究が評価したのはタンパクの局在という指標であり、実際の透明帯結合能や受精率そのものを直接比較したわけではないため、培養時間の臨床的な最適値を最終的に決定づけるものではない点には留意が必要です。

研究の強みと限界

この研究の強みは、単一のタンパクではなく3種類の受精関連タンパクを同一のドナー由来精子で同時に評価し、正準判別分析という多変量解析を組み合わせることで、生理状態を定量的な「見取り図」として可視化した点にあります。従来メタノール固定を用いていた先行研究とは異なる固定方法を採用し、ZANの検出感度を高めたことも指摘されています。一方で限界として、対象が16人の正常精液所見ドナーに限られており、乏精子症や精子無力症など実際に不妊治療を受ける患者集団への外挿には注意が必要です。また、多変量解析による生理状態の分類精度は75%(交差検証後51.25%)にとどまり、生理状態間に一定の重なりが残ることも示されています。加えて、今回評価されたのはタンパクの局在パターンであり、実際の透明帯結合能や受精能そのものを機能的に検証したわけではない点も限界として挙げられます。

おわりに

今回の研究は、ヒト精子におけるZAN・IZUMO1・TMEM95という3つの受精関連タンパクの配置が、1時間と4時間という培養時間の違いによっては変化しないことを示しました。一方で、複数のタンパクの局在パターンを組み合わせて評価する手法は、精子の生理状態を定量的に把握する新たな指標となる可能性を持っています。今後は、対象集団を広げた検証に加え、タンパクの局在パターンと実際の受精能や妊娠成績との関連を明らかにする研究が求められます。また、TMEM95の局在がヒトとげっ歯類で異なる可能性が示されたことは、哺乳類における受精機構の種差という観点からも、さらなる検討課題を残しています。

参考文献

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精子DNA断片化(SDF)は、精子核内DNAの一本鎖または二本鎖切断を指し、父親由来の遺伝情報の完全性を左右する重要な指標です。その割合を数値化したものが精子DNA断片化指数(DNA fragmentation index、DFI)で、フローサイトメトリーを用いたSperm Chromatin Structure Assay(SCSA)により測定されます。DFIの上昇は臨床妊娠率の低下や流産率の上昇と関連することが知られていますが、胚そのものの発育能力への影響については見解が分かれてきました。DFIが30%を超える周期で受精や卵割に障害が生じるとする報告がある一方、初期発育は正常でも胚盤胞形成の段階で異常が顕在化するとする報告もあり、精子DNA損傷がどの発生段階で影響を及ぼすのかは十分に整理されていませんでした。

さらに、母体年齢や受精方法(体外受精かICSIか)がこの影響をどの程度修飾するのかも、臨床データとして十分に定量化されてきませんでした。ICSIは精子を直接卵細胞質内に注入するため自然な受精過程を回避できますが、それによってDNA損傷を持つ精子の選別を防げるのかどうかも、明確な結論が出ていませんでした。

Asian Journal of Andrology誌に2026年に掲載された論文は、中国・鄭州大学第三附属病院で2019年1月から2025年4月までに実施された3567件の体外受精・ICSI周期を対象とした後ろ向きコホート研究として、この問いに答えを示しました(doi: 10.4103/aja202619)。

方法──DFIで3群に分け、3567周期を解析

対象は上記期間に体外受精・ICSI治療を受けたカップルで、DFI測定から採卵までの間隔が90日を超える周期、採卵に至らなかった周期、受精がキャンセルされた周期、体外受精とICSIを併用した周期や提供卵子を用いた周期、染色体異常や遺伝性疾患を有するカップルは除外されました。DFIは臨床ガイドラインに基づき、低DFI群(15%以下、1616周期)、中等度DFI群(15%超30%未満、1240周期)、高DFI群(30%以上、711周期)の3群に層別化されています。胚の評価は、採卵3日目の卵割期胚についてグレードI〜IVで判定し(グレードI・IIを良好胚)、5〜7日目の胚盤胞についてはGardner分類で拡張期・内細胞塊・栄養外胚葉を評価しました(グレード4以上かつ内細胞塊・栄養外胚葉がBB以上を良好胚盤胞)。統計解析では、周期単位で結果をまとめた一般化線形モデル(GLM)と、同一患者から得られる複数の胚の相関を考慮した一般化推定方程式(GEE)という2つのアプローチが用いられ、いずれも女性年齢、BMI、不妊原因、受精方法、前胞状卵胞数(AFC)、精液所見で調整されました。DFIと胚発生の非線形な関係を検討するため、制限付き3次スプライン(RCS)解析も実施されています。

高DFI群ほど、良好胚盤胞率は下がっていく

背景因子をみると、DFIが高い群ほど男女ともに年齢が高く、男性因子不妊の割合は低DFI群の22.0%から高DFI群では64.6%まで上昇していました(P<0.001)。精子濃度、運動率、正常形態率といった一般的な精液所見も、DFIが高いほど有意に低下していました。胚発生の結果では、採卵数、2前核(2PN)胚数、利用可能な卵割期胚数、良好卵割期胚数、延長培養に進んだ胚数、利用可能な胚盤胞数、良好胚盤胞数のいずれも、高DFI群で有意に減少していました(いずれもP<0.001)。ただし「率」で見ると、2前核率や利用可能卵割期胚率、良好卵割期胚率にはDFI群間で有意差はなく(いずれもP>0.05)、影響が明確に現れたのは胚盤胞の段階でした。利用可能胚盤胞率は低DFI群57.1%から高DFI群50.0%へ(P=0.001)、良好胚盤胞率は低DFI群22.0%から中等度16.7%、高DFI群14.3%へと低下しています(P=0.003)。精子DNA損傷の影響は、受精や初期卵割の段階では表面化しにくく、胚盤胞まで培養を延長して初めて明らかになりやすい性質のものだといえます。

ICSI×35歳以上で、影響がくっきり浮かぶ

全体解析では、共変量を調整すると胚パラメータとDFIの間に有意な関連は認められませんでした(いずれもP>0.05)。しかし年齢で層別化すると様相が変わります。35歳以上の女性では、DFIが1%上昇するごとに、利用可能胚盤胞の調整後オッズ比(Exp[β])は0.84(P=0.014)、良好胚盤胞は0.89(P=0.020)と、有意な低下が確認されました。さらに受精方法別にみると、体外受精(IVF)周期ではどちらの年齢層でもDFIと胚パラメータに有意な関連は認められなかった一方、ICSI周期かつ35歳以上の女性では、良好卵割期胚(調整後Exp[β]=0.99、P=0.008)、利用可能胚盤胞(同0.99、P=0.002)、良好胚盤胞(同0.98、P=0.008)のいずれもDFIの上昇に伴って有意に低下していました。ここでのオッズ比はDFIが1%上がるごとの変化を示すため一見小さく見えますが、臨床で実際に想定されるDFIの変動幅(低DFI群と高DFI群の差にあたる十数〜数十%)に換算すると、その影響はより大きなものになります。制限付き3次スプライン解析でも、DFIの上昇とともに胚盤胞の質が連続的かつ用量依存的に低下する関係が確認され、明確な閾値というよりも、DFIが高いほど段階的にリスクが増す連続的な関係であることが示されました。

ICSIは「救済策」にならなかった

これまで、精子を直接卵細胞質へ注入するICSIは、自然な受精過程を経るIVFに比べて精子DNA損傷の影響を受けにくいと考えられてきました。しかし今回の解析は、その前提に再考を迫るものです。ICSIでは培養士が形態的な基準をもとに精子を目視で選別しますが、この選別方法はDNA損傷の有無までは判別できません。外見上は問題のない精子であっても、DNAが損傷している可能性は残ります。高DFI例でICSIを行う場合、DNAが傷ついた精子がそのまま選ばれて注入される可能性が否定できず、結果としてICSIが精子DNA損傷の影響を防ぐどころか、自然選択による排除を回避してしまう側面があるのではないかと論文は指摘しています。受精後の発生においては、父親由来のゲノムが転写活性化される「父性ゲノム活性化(PGA)」という過程が重要であり、特に4〜8細胞期にこの活性化が障害されると、胚の発生停止につながることが知られています。卵子には精子由来のDNA損傷をある程度修復する能力が備わっていますが、損傷量がその修復能力を超えると、ゲノムの不安定化やアポトーシスの活性化を通じて発生停止や断片化が生じると考えられます。年齢とともに卵子の質や修復能力そのものが低下することを踏まえると、35歳以上でICSI周期において影響がより顕著になったという今回の結果は、この修復能力の限界という観点からも説明がつきます。

妊娠率・出生率には差が出なかった、その理由

一方、DFI群間で臨床的な妊娠・出産の結果を比較すると、統計的に有意な差は認められませんでした。生化学的妊娠率(低DFI群53.4%、中等度53.4%、高DFI群47.1%、P=0.226)、臨床妊娠率(49.8%、51.0%、44.5%、P=0.263)、経過妊娠率(41.4%、42.5%、34.4%、P=0.165)、流産率(16.3%、16.2%、22.8%、P=0.279)、生児獲得率(38.5%、37.9%、30.8%、P=0.107)のいずれも、高DFI群で数値としては不利な傾向にあるものの、有意水準には達しませんでした。論文はこの一見矛盾する結果について、いくつかの説明を挙げています。ひとつは、精子DNA損傷検査が特に有用とされるのは原因不明不妊や反復流産といった特定の臨床像を持つ集団であり、今回の解析対象はそうした高リスク集団に限定されていなかったため、効果が薄まった可能性です。もうひとつは、今回の妊娠・出産に関する解析が新鮮胚移植に限定されていた点です。全胚凍結方針を採る周期も少なくない中、DFIの影響をより正確に捉えるには、1回の移植ではなく、1周期あたりの採卵から得られる胚全体を通じた累積生児獲得率で評価する必要があると論文は述べています。

日本の生殖医療現場への示唆

日本の生殖医療現場でも、精液検査に加えてDFI測定を実施できる施設は増えつつあります。今回の研究で用いられた低DFI(15%以下)、中等度(15〜30%)、高DFI(30%以上)という区分は既存の臨床ガイドラインに基づくものであり、日本の現場で参照される基準とも大きくは異ならないと考えられます。今回の結果を踏まえると、DFIが高いからといって一律にICSIへ切り替えれば安心、とは言い切れません。特に35歳以上の女性でパートナーの精子DFIが高い場合には、胚盤胞まで発育する胚の数や質が低下しやすいことを踏まえた説明とカウンセリングが求められます。一方、35歳未満の女性でパートナーのDFIが高い場合は、治療を大きく遅らせる必要はなく、生活習慣の改善や抗酸化療法などDNA損傷を減らす取り組みを並行して進めながら治療を継続するという選択肢も現実的です。培養士による精子選別の場面では、形態評価に加えてDNA損傷を考慮した精子選別技術の活用も、今後の検討課題として位置づけられます。

研究の強みと限界

本研究の強みは、3567周期という大規模なコホートを対象とし、同一患者から得られる複数胚の相関を考慮したGEEモデルを用いることで、より信頼性の高い推定値を得ている点にあります。また、卵割期から胚盤胞期まで発生の全過程を評価し、母体年齢と受精方法の両方で層別化した解析を行うことで、どのような集団が高DFIの影響を受けやすいかを具体的に示した点も評価できます。一方で限界も少なくありません。単一施設・後ろ向きデザインであるため、施設固有の患者背景や検査手順が結果の一般化可能性を制限する可能性があります。喫煙や飲酒といった男性の生活習慣因子や精子のエピジェネティックな情報は測定されておらず、未知の交絡因子の影響を完全には排除できません。DFIの群分けも統計的に導出された閾値ではなく既存ガイドラインの基準に基づくものであり、誤分類のリスクも残ります。さらにDFI測定は基本的に1回の精液検体に基づいており、禁欲期間や体調による変動は考慮されていません。加えて、妊娠・出産に関する解析は新鮮胚移植に限定されており、凍結胚を含めた累積的な治療成績は評価されていません。

おわりに

今回の解析は、精子DNA損傷指数(DFI)の上昇が胚盤胞への発育能力を用量依存的に低下させること、そしてその影響がICSI周期と35歳以上の女性においてより明確に現れることを、大規模な臨床データによって示しました。DFIが高いことは必ずしも妊娠や出産そのものの確率を決定づけるものではなく、新鮮胚移植に限れば臨床妊娠率や生児獲得率に有意な差は見られていません。今後は、凍結胚を含めた累積生児獲得率を評価指標に据えた前向き研究によって、DFIが治療成績を予測する指標としてどこまで有用かを検証していくことが課題として残されています。

参考文献

1. Zhang YC, Wang JY, Shen CY, Liu YQ, Liu YL, Yang XF, Guan YC, Zhang WJ.『The impact of sperm DNA fragmentation index levels on embryo development potential and clinical outcomes in infertile couples undergoing IVF/ICSI treatment』Asian Journal of Andrology 2026;28(1):1-9. doi:10.4103/aja202619.

不妊症は生殖年齢の男女の10〜15%が経験するとされ、男性側の要因が関与する割合は30〜50%にのぼるとされます。しかし精液検査だけでは精子の質を十分に評価できず、所見が正常でも不妊とされる患者が一定数存在します。

近年注目されているのが、精子DNA断片化(SDF)という指標です。精子のDNA損傷の度合いをDNA断片化指数(DFI)として数値化するもので、DFIが高い精子を用いた治療は妊娠率や生児獲得率の低下と関連するとされます。SDFが高い場合、顕微授精(ICSI)が選択されることがありますが、重症の男性因子不妊がない集団でのランダム化比較試験では、ICSIが通常の体外受精(IVF)より累積生児獲得率(CLBR)を下げたとの報告もあり、使い分けは議論が続いています。DFIの水準によってIVFとICSIのどちらが有利かは変わるのか。この問いに、中国の生殖医療センターによる後ろ向きコホート研究がAndrology誌(2026年)で答えを示しました(DOI:10.1111/andr.70338)。

方法──1689例をどう絞り込んだか

2015〜2022年に実施された2万6978件のART周期のうち、DFI検査(SCSA法)を受け受精に成功した1689周期が解析対象となりました。1259周期(74.5%)がIVF、430周期(25.5%)がICSIでした。両群は背景因子が大きく異なるため、傾向スコアマッチングによりIVF群398例、ICSI群398例が抽出され(標準化平均差はすべて0.1未満)、DFIとCLBRの関係が一般化加法モデル(GAM)と因果森モデルの2手法で検討されました。

マッチング後の全体像:CLBRに大きな差はなかった

背景をそろえた398例ずつの比較では、CLBRはIVF群60.3%、ICSI群56.3%で有意差はありませんでした(p=0.28)。一方、移植胚1個あたりの生児数はICSI群0.395、IVF群0.40とICSI群でわずかに低く(p=0.006)、生児獲得までに必要な胚移植回数もICSI群のほうが有意に多いという結果でした(p=0.03)。

DFIで見えてきた分かれ道──14.3%と47.9%

GAM解析では、IVF群はDFIが上がるほどCLBRが緩やかに低下しました(edf=1.1、p=0.001)が、ICSI群には有意な関連はありませんでした(edf=1、p=0.68)。DFIが14.3%未満ではIVF群のCLBRが有意に高く、47.9%を超えるとIVF群のCLBRが有意に低くなりました。移植胚あたりの生児数でも同様の移行(13.6%未満でIVF優位、41.7%超で逆転)が見られています。

DFIを15%未満・15〜40%・40%以上に分けた比較でも同じ傾向でした。15%未満ではCLBRがIVF群64.4%、ICSI群52.8%とIVFが有意に高く(p=0.026)、15〜40%ではCLBR62.2% vs. 61.5%とほぼ同等(p=0.992)。40%以上ではCLBRがIVF群31.0%、ICSI群52.9%と数値上逆転し(p=0.088)、移植胚あたりの生児率はICSI群が有意に高くなりました(p=0.027)。

解析モデルが選んだ決め手──14.25%

因果森モデルでは、DFIはICSIとIVFの治療効果差を左右する第4位の予測因子として抽出されました。SHAP解析では、DFIが14.25%未満ではIVFを、14.25%以上ではICSIを支持する方向に働き、GAM解析の14.3%とほぼ一致しました。ブートストラップ感度分析でも傾向とカットオフ値はおおむね安定していました。

なぜ差が出るのか──卵子の修復力と精子選別

背景には二つの仮説があります。一つは卵子側のDNA修復能力で、精子由来のDNA損傷は受精後に卵子の修復機構で一部修復され、この能力は母体年齢に左右されます。若く質の高い卵子を用いるドナー卵子周期では、DFIが高くてもICSI後のCLBRが低下しなかったとの報告もあります。もう一つは精子選別の違いで、IVFの卵丘細胞による自然選別は高DFI精子の排除効果が限定的とされる一方、ICSIでは胚培養士が形態良好な精子を選んで注入するため、相対的に損傷の少ない精子を拾い上げている可能性があります。

臨床的意味・日本への含意

臨床現場では、SDF検査はART不成功を経て初めて検討されることが多いのが実情です。今回の結果は、DFIが低いうち(おおむね14〜15%未満)は通常のIVFで良好な成績が見込める一方、DFIが40%を超える範囲ではICSIへの切り替えが意味を持つ可能性を示しています。日本の現場でもDFI検査の実施時期や解釈基準は施設ごとに異なるのが現状で、今回のDFI値は治療前の測定であり採卵当日の実測値とは異なりうる点に注意が必要です。

研究の強みと限界

強みは、大規模コホートに傾向スコアマッチングを適用し、性質の異なる2つの統計手法で結果の再現性を確認した点です。一方、後ろ向き研究であるため未測定の交絡因子は排除できず、DFIが高い群はサンプル数が少なく検出力にも限りがあります。対象が精液所見の境界域や予後良好な患者に偏っている可能性もあり、示された閾値は参考値として慎重に解釈し、より大規模な前向き研究による検証が今後の課題とされています。

おわりに

重症の男性因子不妊がない患者では、全体としてIVFのCLBRがICSIを上回る傾向が見られる一方、DFIが上昇するにつれIVFの成績は低下し、ICSIの成績はDFIの影響を受けにくいという対照的な関係が示されました。治療開始前のDFI値は、ICSIを選択するかどうかを判断する指標の一つになりうると結論づけられており、今後はより大規模な前向き研究による検証が期待されます。

参考文献

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体外受精や顕微授精(ICSI)では、採取した精液をそのまま用いるのではなく、まず運動性が高く、DNAの状態が良好な精子を選び出す「精子選別」という工程を経ます。この工程の質は、受精率や胚発生、着床率にまで影響することが知られており、生殖医療における重要なステップの一つです。

現在広く用いられている選別法の一つが、密度勾配遠心分離法(density gradient centrifugation、DGC)です。比重の異なる溶液に精液を重層し、遠心操作によって運動性の高い精子を沈殿させて回収するこの方法は、多くの検査室で標準として使われてきました。一方で、遠心という物理的な操作が精子に酸化ストレスを与え、DNAを傷つける可能性があることも以前から指摘されています。とりわけ、もともと精子の質が低下している男性不妊症例では、この影響が無視できないとされてきました。

こうした背景から、遠心操作そのものを行わない選別法への関心が高まっています。その一つが、マイクロスイムアップ(micro swim-up、MSU)と呼ばれる方法です。ごく少量の精液を粘性の高い培養液の上に置き、精子自身の遊泳能力だけを頼りに、決められた時間内に離れた地点まで移動させ、たどり着いた精子だけを回収するという、シンプルな原理に基づく手法です。この方法を用いたICSI治療では、胚盤胞到達率や臨床妊娠率がDGCより高かったとする報告がすでにありますが、その背景にあるはずの精子核内部の質――DNA損傷や染色質の成熟度――を直接比較したデータは、これまで限られていました。この空白を埋めるため、精液90検体を対象にMSUとDGCの精子核内クロマチン(染色質)の質を比較した研究が、Andrology誌に2026年に掲載されました(doi:10.1111/andr.70327)。

方法──90人の精液検体を、2つの方法で比較した

対象は、生殖内分泌・不妊症の専門外来を受診した男性90人(平均年齢37.8±5.8歳)から得られた精液検体です。高度乏精子症(精子濃度500万/mL未満)の症例も含まれた一方、無精子症の症例は除外されました。各検体は、精液検査用、DGC選別用、MSU選別用の3つに分けられ、同一検体内でDGCとMSUを直接比較できるよう設計されています。

評価項目は、精子DNA断片化(SCD法、36検体)、核の未成熟性(アニリンブルー染色、24検体)、染色質の脱凝縮(クロモマイシンA3〈CMA3〉染色、30検体)の3種類です。MSUで回収できる精子数が少ないため、同一検体で3種類すべての染色を行うことはできず、検体群を分けて評価されました。なお、いずれの検体群も濃度・形態・運動率などの基礎的な精液所見に有意差はなく(p>0.05)、選択バイアスのない比較であることが確認されています。

回収される精子の数には、方法間で大きな差がありました。DGCでは中央値800万個(四分位範囲335万〜1,600万個、回収率22%)であったのに対し、MSUでは中央値200個(四分位範囲140〜301個)にとどまっています。この数の差は、MSUがICSIのようにごく少数の高品質な精子だけを必要とする治療法に適した方法であることを示しています。

DNA損傷は18.5%から1.0%へ──遠心分離をやめると何が変わるのか

最も注目すべき結果は、精子DNA断片化率の変化です。未選別の精液では中央値18.50%(四分位範囲14.63〜26.25%)であったDNA断片化率が、DGC選別後には9.25%(四分位範囲6.00〜16.00%)に低下しました。しかしMSU選別後には、わずか1.00%(四分位範囲0.00〜2.00%)まで低下しています(MSU対DGC、p<0.0001)。単純に数字を比べると、DGC後に残るDNA損傷は、MSU後のおよそ9倍に相当します。

未選別の精液における下位5パーセンタイル値(9.25%)を基準に、これを上回る「損傷の多い」検体の割合を数えると、DGC選別後は50%であったのに対し、MSU選別後は0%でした。つまり、MSUで選ばれた精子は、事実上すべてがDNA損傷の少ない集団に属していたことになります。

この傾向は、もともとのDNA損傷が軽い群・重い群のどちらでも一貫していました。重症群(基準値18.5%以上、18検体)では、MSU後の中央値が1.00%であったのに対しDGC後は10.25%(p=0.0026)、軽症群(18.5%未満、18検体)でもMSU後1.00%に対しDGC後6.00%(p=0.0026)と、いずれもMSUが優れていました。もとの精液の状態にかかわらず、MSUの効果は安定していたといえます。

運動率は100%に、未成熟核も半分以下に──もうひとつの数値たち

精子の質を評価する指標は、DNA断片化だけではありません。今回の研究では、高速前進運動精子の割合、核の未成熟性(アニリンブルー染色陽性率)、染色質の脱凝縮(CMA3染色陽性率)も比較されています。

高速前進運動精子の割合は、未選別で中央値20.0%(95%信頼区間15.0〜20.0)であったのに対し、DGC選別後は87.0%(95%信頼区間85.0〜90.0)、MSU選別後は100.0%(95%信頼区間100.0〜100.0)でした(MSU対DGC、p<0.0001)。MSUで回収された精子は、実質的にすべてが高速前進運動を示していたことになります。

核の未成熟性については、未選別21.00%(四分位範囲15.00〜27.50%)、DGC選別後15.00%(四分位範囲8.00〜18.00%)、MSU選別後5.00%(四分位範囲4.00〜10.00%)と、こちらもMSUが有意に優れていました(MSU対DGC、p=0.012)。染色質の脱凝縮(プロタミン化不足の指標)も、未選別18.25%(四分位範囲10.88〜23.63%)からDGC選別後13.50%(四分位範囲7.00〜15.63%)、MSU選別後5.50%(四分位範囲2.75〜10.00%)へと変化し、MSUの優位性が示されています(MSU対DGC、p=0.0001)。

3つの指標いずれにおいても、MSUで選ばれた精子のほうがDGCで選ばれた精子よりも状態が良いという結果が、ほぼすべての検体で一貫して観察されました。

なぜマイクロスイムアップは精子を守るのか

MSUがDGCより優れた結果を示す理由として、いくつかの要因が考えられます。第一に、DGCは比重の異なる溶液を重層した上で2回の遠心操作(249g、10分間および5分間)を必要としますが、この物理的な操作そのものが精子に機械的ストレスや酸化ストレスを与え、DNA損傷を誘発しうることが、これまでの研究でも指摘されています。これに対しMSUは遠心操作を一切行わず、精子自身の遊泳能力のみで選別するため、こうした操作由来のストレスを受けにくいと考えられます。

第二に、処理時間の違いです。DGCの全工程には約20分を要するのに対し、MSUは約10分で完了します。精子が体外に置かれる時間が短いことも、DNAの保護に寄与している可能性があります。

第三に、選別の原理そのものが異なります。MSUで回収される精子は、粘性の高い培養液の中を、決められた時間内に自力で泳ぎきった精子に限られます。運動能力の高さと染色質の成熟度には関連があることが知られており、「泳ぎきる力」で選ぶMSUは、結果的に核の状態が良い精子を選んでいる可能性があります。なお、同じく遠心操作を必要としない選別法として、マイクロ流体デバイスを用いる方法もありますが、専用機器が必要で回収率も低いという課題があり、MSUはより簡便な代替法として位置づけられます。

なお、以前に報告されたICSI治療の臨床データでは、MSUを用いた場合、受精卵あたりの胚盤胞到達率(58.5%対41.7%)、採卵後3日目の胚発生率(63.7%対46.1%)、臨床妊娠率(41.9%対25.8%)がいずれもDGCより高く、流産率にも低下傾向がみられたことが報告されています。今回示されたDNA損傷や染色質成熟度の改善は、こうした臨床成績の差を裏付けうる生物学的な根拠の一つと位置づけられます。

臨床的意味・日本への含意

日本では、体外受精・顕微授精における精子選別は、密度勾配遠心分離法やスイムアップ法がWHOの精液検査マニュアルに準拠する形で広く用いられています。今回の結果は、こうした標準的な方法に代わる選択肢として、MSUが特にICSIの現場で有用となりうることを示唆しています。ICSIでは、注入する精子は1個で足りるため、MSUのように回収数が少ない方法でも実用上の支障はありません。むしろ高度乏精子症など、もともと精子数が極めて少ない症例においては、多くの精子を必要とするDGCよりも扱いやすい可能性があります。

一方、体外受精(通常媒精)のように多数の精子を必要とする治療では、回収率が低いMSUをそのまま適用することは難しく、用途はICSIに限定されると考えられます。また、MSUに必要な機材(ICSI-PVP、顕微操作装置)は、ICSIをすでに実施している施設であればおおむね揃っており、新たな設備投資の負担が比較的小さい点も、臨床現場で導入を検討しやすい要素といえます。

研究の強みと限界

この研究の強みは、同一検体をDGCとMSUの両方で処理するペアデザインを採用し、個人差の影響を最小限に抑えている点、また事前の検出力計算に基づいて必要な検体数を確保している点、さらにDNA断片化・核未成熟性・染色質脱凝縮という3つの独立した指標で一貫した結果を示している点にあります。もとの精液の状態(軽症・重症)で層別化した解析でも、MSUの優位性は変わらず認められました。

一方で、いくつかの限界も存在します。MSUで回収できる精子数が少ないため、3種類の染色を同一検体で行うことができず、DNA断片化・核未成熟性・染色質脱凝縮の3指標が同じ精子集団でどの程度相関するかは、この研究では検証できていません。また、ICSIで実際に注入する精子を選ぶ際に重要な形態評価は、選別後には行われていません。さらに、MSUがなぜDGCより優れた結果を示すのか、その機序(遠心操作の有無、処理時間の短さ、選別原理の違いなど)のうち、どの要因がどの程度寄与しているかは、この研究だけでは切り分けられていません。単一施設で実施された研究である点も踏まえ、他施設や異なる患者背景での再現性の確認が今後の課題となります。

おわりに

今回の研究は、精子DNA断片化率、核未成熟性、染色質脱凝縮という3つの指標において、遠心操作を伴わないMSUが、標準的なDGCよりも一貫して優れた精子選別結果をもたらすことを示しました。以前に報告されていたMSUによるICSI臨床成績の向上に、核内DNA・染色質の質の改善という生物学的な裏付けが加わった形です。ただし、染色質の質の改善が実際の臨床成績の差をどこまで説明するのかについては、今回の研究では直接検証されておらず、今後さらなる研究による確認が必要とされています。

参考文献

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4. Muratori M, Tarozzi N, Carpentiero F, et al. “Sperm Selection With Density Gradient Centrifugation and Swim up: Effect on DNA Fragmentation in Viable Spermatozoa.” Scientific Reports 2019;9:7492. doi:10.1038/s41598-019-43981-2

5. World Health Organization. WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen. 6th ed. WHO Press, 2021.

不妊は生殖年齢にあるカップルの10〜15%が経験するとされる、決して珍しくない健康上の課題です。男性因子による不妊のなかでも、精液中に頭部を欠いた精子(尾部のみの精子)が多数みられる「無頭精子症(acephalic spermatozoa syndrome、ASS)」は、1981年に初めて報告されたきわめてまれな重症奇形精子症の一つです。運動性のある精子尾部が多数存在するにもかかわらず頭部が欠けているため、自然妊娠はもとより通常の体外受精でも受精が成立しにくいことが知られています。

これまでにHOOK1、SUN5、PMFBP1、CEP112など十数個の遺伝子がASSの原因として報告されてきました。一方、ジンクフィンガーMYND型タンパク質15(ZMYND15)の変異は男性不妊との関連がすでに知られていたものの、表現型は主に重症乏精子症や無精子症であり、ASSとの関連は明らかになっていませんでした。ZMYND15の変異がASSを引き起こしうるのか――この問いに答える研究が報告されました。

Asian Journal of Andrology誌(2026年)に掲載された今回の研究は、無関係の2家系に属する不妊男性2人を対象に全エクソームシークエンシングを実施し、ZMYND15に新規のホモ接合性ナンセンス変異を同定しました(doi: 10.4103/aja2025109)。形態学的解析、生化学的実験、バイオインフォマティクス解析を組み合わせ、この変異がどのように精子の頭部と尾部の接続を破壊するのかを詳細に検証しています。

方法――2人の不妊男性を全エクソーム解析と電子顕微鏡で調べた

対象は無関係の2家系に属する不妊男性2人(患者1:34歳、患者2:29歳)です。末梢血ゲノムDNAを用いた全エクソームシークエンシング(WES)とサンガーシークエンシングによる検証が実施されました。精液検査はWHO第5版の基準に基づき、コンピュータ支援精子分析装置(CASA)、パパニコロウ染色、走査型・透過型電子顕微鏡(SEM・TEM)で精子形態を評価。さらに293T細胞での発現実験、免疫蛍光染色、共免疫沈降(co-IP)、AlphaFold2による構造・相互作用予測が行われました。倫理委員会の承認と、参加者全員からの書面同意を得たうえで実施されています。

わずか98アミノ酸、113アミノ酸で翻訳が止まっていた

2人の患者はいずれもZMYND15に新規のホモ接合性ナンセンス変異(早期に翻訳が止まる変異)を保有していました。患者1はc.292C>T(p.Arg98Ter、以下M1)、患者2はc.337G>T(p.Glu113Ter、以下M2)です。M1は98番目のアミノ酸で、M2は113番目のアミノ酸で翻訳が止まる変異で、いずれもZMYND15タンパク質の中核をなすジンクフィンガードメインを含む、大部分の機能ドメインを失う結果になります。

一般集団におけるM1の頻度は、gnomAD_exomeデータベース全体で3.2×10⁻⁵、東アジア人集団では5.893×10⁻⁵(全集団中2番目に高い頻度)、非フィンランド系ヨーロッパ人集団では6.095×10⁻⁵(最も高い頻度)でした。ExACデータベースでは全体で2.685×10⁻⁵、東アジア人集団で1×10⁻⁴です。一方M2は、参照したすべての人口データベースで頻度0であり、新規に生じた変異(デノボ変異)である可能性が示されました。CADD、MutationTaster、DANNといった複数の病原性予測ソフトウェアは、いずれの変異も病原性ありと判定しています。

家系解析でも、この変異が劣性遺伝することが確認されました。患者1の兄も同じホモ接合変異を保有し長年不妊でしたが、精液提供に応じなかったため同じ表現型かは不明です。姉妹の一人はヘテロ接合性キャリア、もう一人はホモ接合性変異保有者でしたが、いずれも妊孕性に問題はありませんでした。患者2は一人っ子で、両親はともにヘテロ接合性キャリアながら妊孕性は正常です。女性ではこの遺伝子の欠損が妊孕性に影響しないことがうかがえます。

精子濃度は基準値の3分の1以下――精液検査と電子顕微鏡が示したもの

精液検査では、患者1の精子濃度は5.5×10⁶/ml、患者2は2.1×10⁶/mlと、WHO基準値(15×10⁶/ml以上)の3分の1を大きく下回りました。総運動率は患者1で1.5%、患者2で2.4%にとどまり(基準値40%以上)、前進運動率は患者1で0%でした。正常形態精子の割合も患者1で2.0%、患者2で2.3%と、基準値(4%以上)の半分程度でした。

形態異常の内訳をみると、頭部欠損(無頭精子)がそれぞれ60.1%、65.1%を占め、円形頭部(先体を欠く)が35.5%、28.6%と続きました。パパニコロウ染色では、ほとんど頭部が確認できないか円形頭部の精子がわずかに観察される程度で、まれに頭部が保たれている精子でも頭部と頸部の接続は非常に弱いものでした。SEMでも頭部の欠損と頸部構造の変形が確認され、TEMでは精子頸部の微小管構造(通常9+2構造)の崩壊、中心微小管の欠如や空胞化、ミトコンドリア鞘の消失といった超微形態異常が観察されました。患者2ではアニュラス(輪状構造)の配列異常と外側緻密線維の欠如もみられました。

免疫蛍光染色では、ZMYND15タンパク質は正常であれば精子の頸部と中片部に主に分布し、頭部での発現は弱いことが確認されました。ミトコンドリアマーカーTOMM20の蛍光強度は患者の精子で明らかに低下し、ミトコンドリア鞘の形態異常と一致。先体マーカーPNA染色では、患者の精子頭部に先体シグナルがまったく検出されず、ZMYND15の欠損が先体形成にも影響することが示されました。

変異タンパク質はなぜ消えるのか――ZMYND15とSUN5の“接着”喪失

293T細胞を用いた発現実験では、野生型ZMYND15-GFPを導入した細胞では明瞭なタンパク質バンドと蛍光シグナルが検出された一方、M1・M2変異体を導入した細胞では対応するバンドがウエスタンブロットでほとんど検出されず、蛍光シグナルもほぼ消失していました。グレースケール値の定量比較でも有意な低下が確認され、M1・M2変異がタンパク質の分解を引き起こしていることが示されました。実際、患者の精子でもZMYND15タンパク質の発現はまったく検出されませんでした。

さらに、ヒト精巣アトラスデータベースの発現プロファイル解析から、ZMYND15と、精子の頭部・尾部の接続に必須なタンパク質SUN5の発現パターンが高い類似性を示すことが判明しました。AlphaFold2による構造予測でも両者の相互作用が示唆され(ipTM値0.48)、293T細胞での共発現実験では、SUN5存在下でZMYND15の一部が核膜(SUN5の局在部位)に共局在しましたが、SUN5非存在下ではこの局在は認められませんでした。共免疫沈降実験でも、ZMYND15とSUN5の直接的な結合が確認されています。

AlphaFold2による相互作用予測から、ZMYND15のうちSUN5との結合に関与する主要なアミノ酸はG415、G413、I411と特定されました。これらはいずれもC末端側に位置しており、M1(98番目で終止)、M2(113番目で終止)のいずれの変異でも完全に失われる領域です。SUN5との結合部位そのものが失われることが、頭部と尾部の接続破綻、すなわち無頭精子症という表現型につながったと考えられます。

同じZMYND15でも、変異の位置で表現型が変わる

これまでに報告されているZMYND15変異は、いずれも今回よりC末端寄りに位置し、表現型も異なっていました。近親婚家系のc.1520_1523del(p.Lys507fs)は劣性無精子症を、中国の重症乏精子症患者219人のコホートで見つかった3つの新規変異(p.Tyr403Ter、p.Leu541fs、p.Glu551fs)はそれぞれ乏精子無力奇形精子症・重症乏精子症・劣性無精子症を、ClinVar登録のc.931C>T(p.Arg311Ter)は非閉塞性無精子症(NOA)を引き起こすとされています。

興味深いことに、AlphaFold2による予測では、NOAと関連するp.Arg311Ter変異体はヒストン脱アセチル化酵素1(HDAC1)との相互作用が野生型よりむしろ強く、乏精子症と関連するp.Tyr403Terやp.Lys507fs変異体では逆にHDAC1との相互作用が弱いという結果でした。この違いから、p.Arg311Ter変異体は機能を失いながらもHDAC1への結合能を保持し、HDAC1を“占有”することでより重い表現型を引き起こす可能性が考察されています。一方、今回のM1・M2変異はより重度の欠失によりタンパク質自体が分解されるため、代わりにSUN5との結合部位の消失を通じて無頭精子症という独自の表現型を示したと推定されます。

顕微授精の結末を分けたもの――年齢と卵子の質

2人の患者はいずれも顕微授精(ICSI)を受け、受精率はともに70%を超えました。しかし妊娠の転帰は対照的でした。患者1(パートナー33歳)は成熟卵率53.8%(13個中7個)にとどまり早期流産に至った一方、患者2(パートナー24歳)は成熟卵率96.4%(28個中27個)と高く、生児を得ました。この違いは、女性側の年齢と卵子の質が顕微授精後の妊娠成立に重要な役割を果たすことを裏づけています。

日本の生殖医療現場が読み取れること

日本では、精子濃度が著しく低い、あるいは無頭精子が多数観察される男性不妊症例において、原因遺伝子が特定できないまま経験的にICSIが選択される場面が少なくありません。今回のようなZMYND15変異による無頭精子症では、SUN5との相互作用部位を含む広範な領域が失われるため、顕微授精を行っても受精後の発生や妊娠成立に影響が及ぶ可能性があります。原因遺伝子を特定できれば、予後の見通しやカウンセリングの精度を高める材料になります。また、ヘテロ接合性キャリアの女性が妊孕性に問題を示さないことは、常染色体劣性遺伝の典型的なパターンとして、遺伝カウンセリングの場でも参考になります。

研究の強みと限界

本研究の強みは、遺伝学的解析にとどまらず、電子顕微鏡による超微形態観察、細胞レベルでのタンパク質発現・分解実験、AlphaFold2による構造予測、co-IPによる相互作用検証まで、複数の手法を組み合わせてZMYND15とSUN5の関係を裏づけた点にあります。一方で限界も明確です。対象は無関係の2家系・2症例のみで、一般化には限界があります。ASS自体がきわめてまれな疾患であり、原因となりうる遺伝子は複数存在します。実際、連続して集められた重症ASS患者50例のうち、ZMYND15の両アレル性変異を保有していたのは2例のみでした。中国人集団では、SUN5やPMFBP1と比較してZMYND15は主要な原因遺伝子ではないと位置づけられており、症例を前向きに収集し遺伝子型と表現型の対応を体系的に記録するデータベースの構築が今後の課題です。

おわりに

本研究は、ZMYND15の新規変異が無頭精子症を直接引き起こすことを初めて示し、精子の頭部と尾部の接続および頭部形成におけるZMYND15の重要な役割を明らかにしました。これらの知見は、ZMYND15が精子形成において果たす分子メカニズムに新たな理解をもたらすとともに、無頭精子症関連不妊の臨床診断と治療における参考情報を提供するものです。今後は動物モデルを用いた検証を通じて、ZMYND15が精子の形態形成に果たす役割のさらなる解明が期待されます。

参考文献

1. Zhang QJ, Lin H, Hao RL, et al.『Novel mutations in ZMYND15 expand the phenotypic spectrum to acephalic spermatozoa: abnormal sperm head–tail connection mediated by SUN5』Asian J Androl 2026;28(1):1-9. doi:10.4103/aja2025109.

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3. Xia H, Zhang J, Mao W, et al.『Pathogenesis of acephalic spermatozoa syndrome caused by PMFBP1 mutation』Basic Clin Androl 2024;34:22.

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5. Kherraf ZE, Cazin C, Lestrade F, et al.『From azoospermia to macrozoospermia, a phenotypic continuum due to mutations in the ZMYND15 gene』Asian J Androl 2022;24:243-247.

6. Zhang Y, Liu C, Wu B, et al.『The missing linker between SUN5 and PMFBP1 in sperm head-tail coupling apparatus』Nat Commun 2021;12:4926.

7. Zhang Y, Liu G, Huang L, et al.『SUN5 interacts with nuclear membrane LaminB1 and cytoskeletal GTPase Septin12 mediating the sperm head-and-tail junction』Mol Hum Reprod 2024;30:gaae022.

哺乳類の生殖において、精子が卵子と出会うまでの道のりは一様ではありません。精子は雌の生殖管内を、精子自身の運動によって進むのか、それとも子宮や卵管の収縮によって運ばれるのか。この2つの要因がどのような割合で寄与しているのかは、動物種によって異なると考えられてきましたが、これまで生きた動物の体内でその過程を直接観察した研究はほとんどありませんでした。

受精の成否を左右する精子輸送のしくみを理解することは、家畜の人工授精技術の改善だけでなく、雌の生殖管が精子をどのように選別しているかという基礎的な問いにもつながります。ヒツジでは精子が腟内に、ウマでは子宮内に直接射精される(あるいは注入される)というように、動物種によって精子の到達地点が異なる点も、この問いを複雑にしてきました。

こうした背景のもと、Reproduction誌(2026年)に、ウマとヒツジを対象に、精子の運動能と子宮収縮という2つの要因を体内画像で分離して評価した研究が掲載されました(doi:10.1093/reprod/xaag068)。プローブ型共焦点レーザー内視鏡(pCLE)という手法を用いて、蛍光標識した精子と、大きさが精子頭部に近い不活性な蛍光ビーズを同時に注入し、生殖管内でのそれぞれの動きをリアルタイムで比較した内容です。

方法──ウマとヒツジの体内で、精子とビーズの動きを内視鏡で追跡した

対象となったのは、ウェルシュポニーの雄馬5頭・雌馬5頭、ラカーヌ種の雄羊5頭、イル・ド・フランス種の雌羊20頭です。精子はR18とMitoTracker Greenという2種類の蛍光色素で二重標識され、精子の運動能に影響を与えないことがあらかじめ確認されました。同時に、直径2マイクロメートルの蛍光ビーズ(精子頭部と近い大きさで、自力では動かない不活性な粒子)を精子と同じ注入液に混ぜることで、子宮の収縮によって受動的に運ばれる粒子の動きを可視化しました。

ウマでは、発情期にあたる25回と黄体期にあたる10回の子宮内人工授精のあと、麻酔をかけずに頸管を通してpCLEプローブを挿入し、注入後30分と2時間の時点で、腟・頸管・子宮体部・子宮角基部・子宮角中央部・子宮角先端の計5〜6部位の精子とビーズの密度を計測しました。ヒツジでは、頸管の構造が複雑で経頸管的なプローブ挿入が難しいため、腹腔鏡下の全身麻酔下で子宮体部に精子を注入したうえで、開腹してプローブを直接生殖管内に挿入し、注入後4時間の時点で同様に計測しました(発情期28回、黄体期10回)。

ウマでは子宮体部から先端に向けて精子密度が半減、ヒツジでは真逆だった

発情期のウマでは、精子は子宮体部から子宮角先端にかけて明確に減少する勾配を示しました。注入後30分の時点で、子宮角先端の精子密度は注入部位である子宮体部より57%低く、120分後にはその差が65%にまで広がっていました。一方、不活性なビーズは、腟から子宮角先端まで、どの部位でも同程度の密度で検出され、明確な勾配は見られませんでした。ビーズが自力で動けないことを踏まえると、この結果は、子宮の収縮によって粒子が双方向(卵管側にも腟側にも)へ受動的に運ばれていることを示しています。

これに対し、発情期のヒツジでは、まったく逆の現象が観察されました。精子密度は子宮体部で1視野あたり20個であったのに対し、子宮角基部では27個、子宮角先端では57個と、卵管に向かって上昇する勾配が確認されました。他方、ビーズは子宮角先端では1つも検出されず、注入部位より下流にあたる腟で1視野あたり175個という高い密度で検出されました。これは、子宮の収縮によって不活性な粒子の大部分が腟側へ逆流・排出されていたことを意味します。つまり、ヒツジの子宮角先端まで到達できたのは、自ら泳ぐ能力を持つ精子だけだったということになります。

黄体期になると、この違いはほぼ消えた

発情期とは対照的に、黄体期(子宮の収縮が弱まる時期)には、両種で精子とビーズの分布パターンが大きく変化しました。ウマでは、黄体期の精子・ビーズ密度はいずれの部位でも発情期より高く保たれ(p<0.01)、子宮体部から先端にかけての減少勾配も消失し、全体としてより均一な分布になりました。ヒツジでも同様に、発情期に見られた上昇勾配が失われ、精子は生殖管全体により均一に分布するようになりました。ビーズの分布も均一化し、発情期には検出されなかった子宮角先端にもビーズが認められるようになりました。この変化は、黄体期には子宮収縮が弱まることで、逆流による粒子の排出が起こりにくくなるためと考えられています。

運動速度(曲線速度)の解析でも、種による違いが裏付けられました。ウマでは、発情期のビーズの速度が子宮基部で1秒あたり104マイクロメートルであったのに対し、子宮角先端では55マイクロメートルまで低下する明確な勾配が見られ、精子の速度分布とおおむね一致していました。一方、ヒツジでは、精子の速度は子宮体部から先端まで大きな差がなく(1秒あたり約115〜123マイクロメートル)、軌跡の直進性も部位による違いは見られませんでした。ヒツジのビーズについては、発情期の腟への強い逆流のため、部位ごとの速度比較自体が困難なほど偏った分布を示していました。

家畜繁殖と生殖医療にとっての意味

今回の結果は、ウマでは子宮収縮が精子輸送の主たる駆動力であり、精子運動能が意味を持つのは収縮が弱い子宮角上部などに限られること、逆にヒツジでは精子運動能そのものが、子宮収縮という選別の壁を越えて上流へ進むための鍵になっていることを示しています。家畜の人工授精技術においては、精子の運動性や輸送効率を評価する際に、動物種ごとに異なる子宮環境を踏まえた解釈が必要になることを意味します。

この研究はウマとヒツジという2つの家畜種を対象としたものであり、結果をそのままヒトの生殖医療に当てはめることはできません。ただし、ヒトの精子も卵管への到達過程で、自らの運動能と子宮・卵管の収縮運動という両方の影響を受けることが知られており、動物種によって両者の寄与度が大きく異なりうるという今回の知見は、ヒトにおける精子選別の複雑さを考えるうえでも参考になる可能性があります。生殖医療の現場では、体外受精や顕微授精のように精子選別の過程を人為的に代替する技術が用いられていますが、こうした技術が生体内で起きている選別の仕組みをどこまで再現できているのかという問いにも、間接的な示唆を与える研究といえます。

研究の強みと限界

本研究の強みは、蛍光標識した精子と不活性なビーズを同時に注入し、生きた動物の体内でリアルタイムに画像化することで、精子自身の運動能と、子宮収縮による受動的な輸送とを初めて分離して評価した点にあります。ウマでは麻酔なしで経頸管的に繰り返し観察できたため、同一個体内での比較が可能でしたが、ヒツジでは頸管の構造上、外科的な処置と全身麻酔が必要であり、注入後4時間という単一の時点でしか観察できませんでした。

このため、ウマ(注入後30分・2時間)とヒツジ(注入後4時間)とでは観察のタイミングが異なっており、両種で精子の勾配の向きが逆であった背景に、この時間差が影響している可能性は完全には否定できません。また、ビーズはあくまで精子の受動的な動きを模した代替物であり、精子自身が持つ生化学的な相互作用(子宮内膜や頸管粘液との結合など)までは再現していない点にも留意が必要です。子宮内圧センサーなど、収縮そのものを直接測定する手法との組み合わせが、今後の課題として挙げられています。

おわりに

今回の研究は、精子の運動能と子宮収縮という2つの要因が、動物種によってまったく異なる比重で精子輸送に関わっていることを、生体内画像という形で具体的に示しました。ウマでは子宮収縮が主役を担い、ヒツジでは精子自身の泳ぐ力が上流への到達を左右するという対照的な結果は、生殖管内での精子選別のしくみが一様ではないことを改めて浮き彫りにしています。今後、子宮内圧の直接測定を組み合わせた研究や、他の動物種・ヒトを含めた比較研究によって、この知見がさらに検証されていくことが期待されます。

参考文献

1. Barakat E, Caldas E, Reigner F, Barrière P, Blard T, Lasserre O, Cognié J, Tsikis G, de Graaf SP, Druart X. Species-specific mechanisms of sperm transport: predominant roles of motility in ewes and uterine contractility in mares. Reproduction 2026;172(1):xaag068. doi:10.1093/reprod/xaag068.

精子の形態評価は、体外受精・顕微授精のいずれを選ぶかを決める重要な判断材料の一つです。WHOの精液検査マニュアルは版を重ねるごとに評価基準を見直しており、第5版で正常形態率4%という基準値が示された一方、2021年発行の第6版では奇形精子症という診断名そのものが削除され、正常形態率3〜5%という参照範囲へと表現が改められました。この改訂は、精子形態の評価を単なる「正常/異常」の二分法ではなく、頭部・中部・主部といった各部位ごとの機能的な評価へと重心を移す方向性を示しています。

精子頭部は、卵子との結合や受精、その後の胚発生に直接関わる部位であり、頭部の形態異常が体外受精と顕微授精のどちらの成績に、どの程度影響するのかは、生殖医療の臨床現場にとって実務的な関心事です。しかし、これまでの研究の多くは精子全体の形態異常率のみで患者を分類しており、頭部の異常のタイプ(先体の異常か、頭部形状そのものの異常か)や、異常率の程度によって治療選択をどう変えるべきかという問いには、十分な答えが用意されてきませんでした。

こうした課題に取り組んだ研究が、Journal of Obstetrics and Gynaecology Research誌(2026年)に掲載されました。中国の大学病院で2015年から2024年にかけて実施された、頭部奇形精子症を伴う856組の不妊カップルを対象とした後方視的研究です(doi:10.1111/jog.70410)。

方法──精子頭部の異常を、タイプと程度で四つに分けた

対象は、2015年から2024年に中国の生殖医療センターで体外受精または顕微授精を受けた856組の不妊カップルです。男性側の不妊要因は奇形精子症で、Kruger’s strict criteriaにより正常形態精子率15%未満と判定された患者が組み入れられました。女性側は卵管性不妊を主とし、排卵障害や子宮内膜の異常など他の不妊要因がある場合は除外されています。

精子頭部の異常は、ヘマトキシリン・エオジン染色による観察をもとに、「先体形態異常(先体の低形成・欠損・分布異常など)」と「頭部形状異常(頭部の過大・過小、先細り形、いびつな形など、核の構造異常に由来するもの)」という、互いに排他的な二つのタイプに分類されました。さらに各タイプについて、異常精子の割合が95%未満の群(軽度)と97%を超える群(重度)に層別化され、その中間にあたる95〜97%は境界域として解析から除外されています。この結果、先体異常の軽度群・重度群、頭部形状異常の軽度群・重度群という、独立した四つの群が構成されました。

各群はさらに、実際に受けた治療法(体外受精か顕微授精か)によって分けられ、受精率、正常受精(2PN)率、2PN卵の卵割率、胚盤胞形成率、良好胚盤胞率、そして生化学的妊娠率・臨床妊娠率・生児出生率が比較されました。

先体異常でも頭部形状異常でも、「異常率が高いほど成績が落ちる」は共通していた

まず、体外受精・顕微授精のいずれの方法を用いた場合でも、異常率が95%未満の軽度群は、97%を超える重度群に比べて受精や胚盤胞形成の成績が明らかに良好でした。先体異常では、体外受精群で受精率69.82% vs 60.51%(p=0.001)、2PN受精率60.50% vs 52.10%(p=0.005)、胚盤胞形成率70.98% vs 55.41%(p<0.001)、良好胚盤胞率59.60% vs 42.68%(p<0.001)といずれも軽度群が上回りました。顕微授精群でも同様の傾向が見られ、受精率は64.89% vs 58.50%(p<0.001)でした。頭部形状異常についても、体外受精群では受精率72.79% vs 65.86%(p=0.001)、胚盤胞形成率74.45% vs 61.51%(p<0.001)と、軽度群が有意に良好でした。一方、2PN卵の卵割率や妊娠・出産成績については、異常の程度による差はほとんど見られませんでした。

軽度の異常なら体外受精、重度の先体異常なら顕微授精が優勢だった

本研究の中心的な問いは、同じ異常の程度・タイプの中で、体外受精と顕微授精のどちらが有利かという点です。

先体異常率が95%未満の軽度群では、体外受精の受精率(69.82%)が顕微授精(64.89%)を有意に上回りました(p=0.002)。しかし2PN受精率や胚盤胞形成率、良好胚盤胞率、妊娠・出産成績に有意差はありませんでした。一方、先体異常率が97%を超える重度群では、受精率そのものには体外受精(60.51%)と顕微授精(58.50%)のあいだに有意差がなくなり(p=0.499)、代わりに良好胚盤胞率で顕微授精(52.14%)が体外受精(42.68%)を有意に上回りました(p=0.025)。

頭部形状異常については、異常率95%未満の軽度群で、体外受精の受精率(72.79%)と胚盤胞形成率(74.45%)が、顕微授精(それぞれ66.61%、67.34%)を有意に上回りました(p=0.009、p=0.017)。ところが異常率97%を超える重度群になると、受精率・胚盤胞形成率・良好胚盤胞率のいずれについても、体外受精と顕微授精のあいだに有意差は見られなくなりました。

なぜ重度の先体異常では顕微授精が優位になるのか

研究チームは、この違いの背景にある機序についても考察を加えています。先体は精子頭部の先端を覆う膜構造で、透明帯を通過するための複数の酵素を含んでいます。先体に異常がある精子は、酵素や情報伝達物質が不足している場合が多く、顕微授精によって物理的に卵子内へ注入されても、卵子の活性化や受精後の過程に必要な条件を満たせないことがあります。異常が軽度なうちは体外受精でも自然な受精過程が機能する一方、異常が重度になると、体外受精では透明帯の通過そのものが困難になり、精子が運動エネルギーを消耗しきってしまう可能性が指摘されています。この場合、透明帯を経由せずに卵子内へ注入する顕微授精のほうが、胚盤胞に到達しやすくなると考えられます。

一方、頭部形状異常が重度な場合に顕微授精の優位性が見られなかった点については、顕微授精という操作自体が、もともと構造的な脆弱性を抱えた精子にさらなる負荷を与えている可能性が挙げられています。また、顕微授精には精子DNAのメチル化異常のリスクを高める可能性を示唆する報告もあり、これが軽度異常時に顕微授精の成績が体外受精をやや下回る一因となっている可能性も議論されています。

妊娠率・生児出生率には、いずれの群でも有意差がなかった

受精や胚盤胞形成の段階では方法間の差が見られた一方、生化学的妊娠率、臨床妊娠率、生児出生率については、四つの群のいずれにおいても体外受精と顕微授精のあいだに統計学的な有意差は認められませんでした。研究チームは、受精後の胚が母親由来の因子によって発生初期を維持し、胚盤胞期に至るまでにある程度のDNA損傷を修復しうる可能性に言及し、形態学的な精子異常が必ずしも胚の発生能そのものを損なうわけではないと説明しています。実際に、体外受精から胚盤胞へと発育した胚を選んで移植する運用のもとでは、受精段階での方法による差が、最終的な妊娠・出産の段階まで持ち越されにくいと考えられます。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本の生殖医療現場では、精子の形態異常がある場合に体外受精と顕微授精のどちらを選ぶかについて、統一的な指針があるわけではなく、施設ごとの経験や慣習に基づいて判断されている場合が少なくありません。今回の結果は、精子頭部の異常を「先体の異常」と「頭部形状の異常」に区別し、さらに異常率の程度で層別化することが、治療法選択の一つの目安になりうることを示しています。具体的には、異常率が95%未満と比較的軽度であれば体外受精によって受精効率や胚盤胞到達率を高められる可能性があり、先体異常が97%を超えて重度であれば顕微授精によって良好胚盤胞の獲得率を高められる可能性があるという構図です。ただし、いずれの場合も最終的な妊娠率・生児出生率には差がないため、この使い分けは「成功率を左右する決定的な選択」というより、「限られた卵子数のなかで、より効率よく良好な胚盤胞を得るための工夫」として位置づけるのが妥当だと考えられます。

研究の強みと限界

本研究の強みは、精子頭部の異常を先体異常と頭部形状異常という二つのタイプに分けたうえで、異常率の程度による層別化を組み合わせた、これまでにない詳細な分類にあります。一方で限界も少なくありません。第一に後方視的研究であり、選択バイアスの可能性を否定できません。第二に、精子DNA断片化指数や先体反応率といった、受精・胚発生に独立して影響しうる指標がデータセットに含まれていませんでした。第三に、単一の生殖医療センターでの解析であり、施設外への一般化には注意が必要です。第四に、重度異常群では移植周期数がごく少数(例えば先体異常率97%超の体外受精群では移植胚4個)にとどまっており、妊娠・出産成績の比較における統計学的な検出力は限定的です。

おわりに

今回の研究は、精子頭部の形態異常を先体異常と頭部形状異常に区別し、異常率95%未満と97%超という二つの閾値で層別化することで、体外受精と顕微授精それぞれが有利になる条件を具体的に示しました。異常率が軽度であれば体外受精が受精効率の面で優位に立ち、先体異常が重度であれば顕微授精が良好胚盤胞率の面で優位に立つ一方、妊娠率・生児出生率にはいずれの場合も差が見られませんでした。今後は、精子DNA断片化指数などの追加的な指標を組み込んだ多施設共同研究によって、この知見がさらに検証されていくことが期待されます。

参考文献

1. Lu H, Zhou Y, Xie L, Ye X, Zhang J, Duan Z, Ji D, Cao Y, Wang Z, Zou W. IVF or ICSI Selection Stratified by Sperm Head Morphology. J Obstet Gynaecol Res 2026;52(8):e70410. doi:10.1111/jog.70410.

顕微授精(ICSI)は、男性因子による不妊治療の中心的な選択肢として広く普及しています。一方で、ICSIを行っても原因不明の受精・発育不良が一定数残ることは以前から指摘されており、精液所見が正常であっても良好な胚盤胞にたどり着けない周期が存在します。従来の精液検査は、精子濃度や運動率、正常形態率といった項目を評価するものですが、これらの数値が正常であっても、実際に卵子を受精させ、その後の発育を支える機能まで保証しているわけではありません。

精子は射出後、受精能を獲得する「capacitation(獲精)」と呼ばれる過程を経ます。この過程は一時的なもので、活性化した精子集団は1〜2時間程度で機能を失うとされ、同じ射出精液の中でも受精能の高い時間帯と低い時間帯が波のように入れ替わることが、1990年代の基礎研究で示されてきました。この受精能の波を、実際の臨床検体で捉え、ICSIの胚発育成績と結びつけられるかどうかは、これまで十分に検証されていませんでした。

Journal of Assisted Reproduction and Genetics誌(2026年)に、精子表面のFc受容体(FcR)の経時変化を測定する機能検査「Kinetixアッセイ」を用いて、ICSI周期における胚盤胞発育との関連を検証した前向き観察研究が掲載されました(doi:10.1007/s10815-026-03978-z)。

方法──精子表面のFc受容体の経時変化を追跡した

対象は、ICSI治療を受けた患者から採取された精液検体のうち、卵子採取当日(day 0)にICSIが実施された138周期です(当初の160周期から、採卵翌日にICSIを行った22周期を除外)。使用された精液は、通常の調整後に廃棄予定となった残余検体でした。

Kinetixアッセイは、精子が獲精する過程でその表面に一過性に現れるFc受容体(抗体のFc領域に結合するタンパク質)の発現量を、30分間隔・3時間にわたって計7時点、フローサイトメトリーで測定するものです。得られた経時パターンをアルゴリズムで解析し、獲精のタイミングを示す「波」が複数回検出される場合を「Fertile」、単回のみ検出される場合を「Subfertile」、明確な波が検出されない場合を「Infertile」と3群に分類しました。

内訳は、Fertile群52周期、Subfertile群69周期、Infertile群17周期でした。アウトカムとして、正常受精率(前核2個、2PNの形成率)、および受精後5日目の胚盤胞の総数と良好胚盤胞(Gardner分類グレード3BB以上)の歩留まりが、機能スコアの3群間で比較されました。

良好胚盤胞の歩留まりは、Fertile群でInfertile群のおよそ2.9倍

正常受精卵10個あたりの5日目良好胚盤胞数は、Fertile群2.9±2.4個、Subfertile群2.0±2.2個、Infertile群1.0±1.6個で、群間に有意差が認められました(一元配置分散分析 p=0.008)。事後検定では、Fertile群とInfertile群の差が統計学的に有意でした(p=0.01)。数字で見ると、機能スコアが最も高い群では最も低い群のおよそ2.9倍の良好胚盤胞が得られていたことになります。

一方で、正常受精率(2PN形成率)そのものには、機能スコアの群間で統計学的に有意な相関は認められませんでした。すなわち、このアッセイのスコアは「受精するかどうか」ではなく、「受精した後にどこまで良好に発育するか」という、より下流の段階と関連していたことになります。なお、5日目以降(6日目・7日目)の良好胚盤胞の歩留まりについては、群間で有意差はありませんでした。

「良好胚盤胞ゼロ」の周期は、Infertile群でおよそ3周期に2周期

良好胚盤胞が1つも得られなかった周期の割合は、Fertile群23%、Subfertile群35%、Infertile群65%で、3群間に有意差が認められました(カイ二乗検定 p=0.007)。個別の比較でも、Fertile群対Infertile群(p=0.003)、Subfertile群対Infertile群(p=0.03)のいずれも有意でした。Infertile群では、およそ3周期に2周期の割合で良好胚盤胞が得られていなかったことになります。

今回の138周期のうち、Infertile群に分類された精液は12.3%を占めていました。過去の報告では、ART周期全体のうち男性因子のみが原因とされる周期はおよそ16.5%とされており、標準的な精液検査では正常と判定される場合でも、機能的な観点からは相当数の周期に潜在的なリスクが存在する可能性が示唆されます。

標準的な精液検査の数値は、群間で差がなかった

重要な点として、精子濃度や運動率(高速直進運動率)、精液量といった標準的な精液検査の項目、および女性側の年齢や卵巣予備能の指標(抗ミュラー管ホルモン、卵胞刺激ホルモン)は、いずれも3群間で統計学的な有意差が認められませんでした。つまり、通常の精液検査だけを見ている限り、良好胚盤胞の歩留まりに差が出るこれらの群を区別することはできなかったということです。精子の形態(奇形率)は今回の研究では評価されておらず、この点は今後の検証課題として残されています。

同じ研究グループによる先行研究(2025年)では、体外受精を控えた一部の患者群(女性因子を除外した集団)において、このアッセイを用いた精子選別により、妊娠率が21%から42%に上昇したとする予備的な報告もあり、今回の結果はその知見と整合するものとされています。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本の生殖医療の現場では、精液検査はWHOの基準に沿って濃度・運動率・正常形態率などを評価する方法が標準となっています。原因不明の受精・発育不良が繰り返される周期において、これらの数値が正常であるにもかかわらず良好胚盤胞が得られにくいケースは、臨床上しばしば経験される課題です。今回の知見は、標準的な精液検査だけでは捉えきれない精子の機能的な差が、胚盤胞発育の成績に影響しうることを示すものといえます。

ただし、Kinetixアッセイは特定の企業が開発した商業的な検査であり、著者の一部はその開発元企業に所属しています。国内での利用可能性や検証データは限られており、現時点でこの検査結果をもとに治療方針を変更する根拠とするのは時期尚早です。原因不明不妊やICSI不成功を繰り返す症例において、精子機能を評価する新たな指標の一つとして、今後の多施設データの蓄積が注目される段階にあります。

研究の強みと限界

本研究の強みは、精子の機能検査の結果を、実際のICSI周期における受精・胚盤胞発育という臨床アウトカムと前向きに結びつけて検証した点にあります。標準的な精液検査項目や女性側の背景因子で調整しても、機能スコアとアウトカムの関連が独立して認められた点も特徴です。

一方で限界もあります。第一に、単一施設での実施であり、他施設への一般化には注意が必要です。第二に、精子形態は評価されておらず、既知の予測因子との相対的な重要性は明らかではありません。第三に、アッセイの解析には非公開のアルゴリズムが用いられており、詳細な検証は限定的です。第四に、著者の一部がアッセイの開発企業に所属している点は、結果の解釈にあたって考慮すべき背景といえます。多施設での追試が、著者ら自身によっても今後の課題として挙げられています。

おわりに

今回の研究は、精子表面のFc受容体の経時変化という新しい機能指標が、標準的な精液検査では見分けられない受精後の発育能力の違いを反映しうることを示すものです。良好胚盤胞の歩留まりや「良好胚盤胞ゼロ」周期の割合において、機能スコアに基づく群間差が明確に示された一方、単一施設のデータであることや形態評価が含まれていないことなど、解釈上の限界も残されています。原因不明の受精・発育不良に対する精子機能評価のあり方は、今後の多施設研究によってさらに検証されていく必要があるとされています。

参考文献

1. Holmes R, Ciray N, Savage K, Yazdekhasti H, Chen Z, Walsh J, Cohen B, Lipshultz L, Swain JE. Use of a sperm FcR assay in intracytoplasmic sperm injection improves day 5 good quality blastocyst yield. J Assist Reprod Genet 2026. doi:10.1007/s10815-026-03978-z.

精液の質は、男性の生殖機能を測る代表的な指標です。喫煙や食事、環境化学物質への曝露など、さまざまな生活習慣要因が精液の質と関連することが報告されており、世界的な精子数の低下傾向が指摘される中で、こうした要因の研究が続けられています。身体活動と精液の質の関係についても多くの研究がありますが、結果は一貫していません。運動が精液の質を改善するという報告がある一方で、悪化させるという報告もあります。

これまでの身体活動研究の多くは、余暇時間の運動や日常的な活動レベルを対象にしてきました。これに対して、仕事中の身体的な負荷、すなわち職業的身体活動が精液の質にどう影響するかは、比較的研究が少ない領域です。立ち仕事や重い物の運搬、持続的な身体的努力を伴う職種は少なくありませんが、そうした働き方が生殖機能にどのような影響を及ぼすのかは、十分に整理されてきませんでした。

こうした背景のもと、Andrology誌(2026年)に、イスラエルの単一施設で実施された横断研究が掲載されました。精液検査のために受診した男性280人を対象に、職業的な身体活動の特徴と精液の質の関連を検討した内容です(doi:10.1111/andr.70326)。

方法──精液検査を受けた280人に、仕事の負荷を尋ねた

対象は、2012年から2015年にかけて精液検査のためにイスラエルの精子検査室を受診した男性593人のうち、厳格な選択基準・除外基準を適用したのちに残った280人です。除外理由には、questionnaire(質問票)の記入不備や欠測に加え、無精子症、精索静脈瘤、ホルモン異常、その他生殖機能に影響しうる医学的状態などが含まれています。除外された参加者と最終コホートとの間で、年齢やBMI、喫煙率に有意差はありませんでした。

職業的身体活動は、イスラエルで開発され検証済みのヘブライ語版questionnaireで評価されました。『仕事中にどの程度汗をかくか』『仕事終わりにどの程度身体的な疲れを感じるか』『職場の他の人と比べてどの程度身体的にハードに働いているか』といった項目を、0(まったくない)から3(非常にある)の4段階で尋ねる形式です。加えて、座位・歩行・持ち上げ作業といった具体的な身体活動の内容も調べられました。精液検査は、WHO 2010年版の基準に基づき、精液量・精子濃度・総精子数・運動率・正常形態率の5項目が評価されています。

汗をかくほど、疲れるほど、精子の数値は下がっていた

解析の結果、座位以外のほぼすべての職業的身体活動の指標が、精液の質のいずれかの項目と有意に関連していました。特に『仕事中の発汗』と『仕事終わりの疲労感』は、複数の精液パラメータと一貫して負の関連を示しています。発汗は精子濃度・正常形態率・運動率の低下と関連し(スピアマンの相関係数 r=-0.14〜-0.18、いずれもp<0.05)、疲労感は総精子数・精子濃度・正常形態率・運動率の低下と関連していました(r=-0.15〜-0.26、いずれもp<0.05)。おおよそ、これらの指標が1段階高くなるごとに、各精液パラメータがわずかに下がっていくという緩やかな量反応関係が見られたことになります。

年齢やBMI、社会経済状況、喫煙、禁欲期間といった交絡因子を調整した階層的重回帰分析でも、『仕事終わりの疲労感』は精子濃度(β=-0.17、p<0.01)と正常形態率(β=-0.29、p<0.001)を独立して予測する因子として残りました。一方、精液量については、総職業的身体活動スコアや歩行の程度がむしろ正の関連を示すなど(r=0.12、p=0.04)、単純に『身体を動かすほど悪化する』という図式ではないことも示されています。

身体活動以外の要因──BMI、年齢、社会経済状況の影響

この研究では、職業的身体活動以外の要因も精液の質を予測していました。BMIは総精子数と精子濃度を独立に予測し、BMIが高いほどこれらの数値は低い傾向にありました。年齢は運動率の低下と関連し、社会経済状況は運動率と正常形態率の両方と関連していました。実際、BMIを健康体重・過体重・肥満の3群に分けて比較すると、肥満群は健康体重群や過体重群に比べて総精子数・精子濃度が有意に低いという結果も示されています。

こうした結果から、職業的身体活動は精液の質に影響しうる複数の要因のひとつであり、単独で作用しているわけではないことがうかがえます。研究チームは、発汗や疲労感といった自己申告の指標が主観的である一方、持ち上げ作業や立ち仕事といった客観的な活動指標とも一貫して相関していたことから、この関連が一定の頑健性を持つとみています。

『重労働は悪い』とは言い切れない──先行研究との食い違い

職業的身体活動と精液の質に関する先行研究は、一致した結論に至っていません。米国のLIFE Studyでは、重い職業的身体的負荷が精子濃度と総精子数の低下と関連することが報告されました。一方、米国のEARTH Studyでは逆の結果、すなわち仕事で重い物を頻繁に持ち上げたり運んだりする男性のほうが、精子濃度や総精子数がむしろ高いという結果が示されています。タクシー運転手を対象にした研究では、正常形態率の低下が報告される一方、精子濃度や運動率には差がなかったという報告もあります。

今回のAndrology誌の研究チームは、こうした食い違いの背景として、職種や身体活動の内容、測定方法の違いに加え、余暇時間の身体活動と職業的身体活動は生物学的に同じものとして扱えない可能性を指摘しています。職業的身体活動は、強度やペースを自分で調整しにくく、回復の機会が乏しいまま長時間続くという特徴があり、これが余暇の運動とは異なる負荷として蓄積する可能性があるという考え方です。想定される生物学的な機序としては、持続的な身体活動に伴う陰嚢温度の上昇や、仕事に伴う心理的ストレスによるホルモン変動、酸化ストレスなどが挙げられていますが、この研究ではこれらの機序そのものは直接測定されていません。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本では、不妊治療を受ける男性の職業的な身体的負荷について、体系的に評価する枠組みは一般的ではありません。問診では喫煙や飲酒、睡眠習慣などが尋ねられることが多い一方、仕事中の発汗や疲労感といった職業的身体活動の詳細まで踏み込んで聴取される場面は限られています。今回の結果は、こうした職業的な身体的負荷が、精液の質を左右しうる要因のひとつとして問診に含める価値があることを示唆しています。

特に、力仕事や立ち仕事が中心の職種に就く男性が不妊評価を受ける際には、仕事終わりの疲労感の程度を尋ねることが、簡便なスクリーニングの手がかりになる可能性があります。ただし、この研究の著者らも述べているとおり、効果量自体は小さく、個々の患者に対して『仕事を辞めるべきだ』といった性急な助言につながるものではありません。エビデンスに基づく閾値や標準化された評価手法が確立されるまでは、あくまで多因子のうちのひとつとして位置づけるのが妥当と考えられます。

研究の強みと限界

本研究の強みは、比較的大きな参加者数、厳格な医学的除外基準の適用、そしてイスラエルで検証済みのquestionnaireを用いた点にあります。

一方で限界もあります。第一に横断研究であるため、因果関係を証明するものではなく、あくまで関連を示したにとどまります。第二に、職種や勤務形態、実際の熱曝露量といった詳細な職業情報は系統的に収集されておらず、あくまで『自覚された身体的負荷』の評価にとどまっています。第三に、対象者はもともと精液検査のために受診した男性であり、一般男性集団への一般化には注意が必要です。第四に、対象集団の人種構成が比較的均一(97%がユダヤ系)であり、より多様な集団への外挿には慎重さが求められます。また、精子運動率は室温での単回測定に基づいており、近年推奨される37℃・複数カテゴリでの評価とは異なる点も、結果解釈上の留意点として挙げられています。

おわりに

今回の研究は、仕事中の発汗や疲労感といった職業的な身体的負荷が、精子濃度・総精子数・正常形態率・運動率と負の関連を示すことを、比較的大きな参加者集団で報告するものです。特に仕事終わりの疲労感は、年齢やBMI、社会経済状況などの交絡因子を調整した後でも、精子濃度と正常形態率を独立して予測する因子として残りました。一方で、先行研究の間には食い違いも大きく、余暇時間の身体活動とは異なる評価軸として職業的身体活動を扱う必要性が示されています。今回の結果を一律の職業指導や治療方針の変更に直接つなげるのではなく、明確な閾値や標準化された評価法の確立に向けた、今後の縦断的・機序解明的な研究の蓄積が求められています。

参考文献

1. Efrat M, Barak S, Stein A, Pinkas H, Unger R, Birk R. Occupational Physical Activity Is Negatively Associated With Semen Quality. Andrology 2026;0:1-12. doi:10.1111/andr.70326.

精子は、頭部・頸部・鞭毛(尾部)という高度に分化した構造を持つ細胞であり、頭部で保持した父親由来の遺伝情報を卵子まで運ぶ役割を担っています。頭部と尾部をつなぐ接合部には「頭尾結合装置(HTCA)」と呼ばれる構造があり、この結合が緩むと精子は正常に運動できず、男性不妊の原因となることが知られています。

精子頭部の後方には、細胞膜と核膜が密着してできる環状の構造があり、「後環」(basal belt、striated bandとも呼ばれる)と名づけられています。1946年に光学顕微鏡で初めて記載されて以来、複数の哺乳類種で存在が確認されてきましたが、この構造を構成するタンパク質や、発生過程でどのように形成されるのか、そして実際にどのような機能を担っているのかは、80年近くにわたって明らかにされていませんでした。

こうした背景のもと、Cellular & Molecular Biology Letters誌(2026年)に、マウスの後環を構成する分子の実体を初めて特定したとする研究が掲載されました(doi:10.1186/s11658-026-00997-7)。研究チームは、SPEM3とTEX50という2つのタンパク質が後環の中核的な構成要素であることを突き止め、それぞれの欠損が精子の頭尾結合にどのような影響を及ぼすかを検証しています。

方法──後環を構成する分子を、遺伝子改変マウスで検証した

研究チームは、まず免疫沈降と質量分析(IP-MS)を組み合わせた手法により、後環に局在する候補タンパク質を探索しました。あわせて、CRISPR-Cas9技術を用いてSpem3遺伝子およびTex50遺伝子をそれぞれ欠損させたノックアウトマウスを作出し、蛍光タグ(EGFP)やHAタグを付加したノックインマウスも作出して、タンパク質の局在を生きた精子・精子細胞の中で直接観察できるようにしました。

評価には、共焦点顕微鏡による3次元再構築、透過型・走査型電子顕微鏡による超微形態観察、コンピュータ支援精子分析(CASA)による運動能評価、そして精巣・精巣上体の組織学的検討など、多角的な手法が用いられました。さらに、精子全体のタンパク質発現を網羅的に調べる定量プロテオミクス解析や、健常な成人男性から得たヒト精子を用いた免疫染色も行われ、マウスで得られた知見がヒトにも当てはまるかどうかが検証されています。

SPEM3は精子頭部の後方に環状に分布し、哺乳類で広く保存されていた

SPEM3は、9種の代表的な哺乳類で配列を比較したところ高度に保存されており、26〜48番目のアミノ酸領域に膜貫通ドメインを持つことが確認されました。マウスでは精巣に特異的に発現し、精子形成が本格化する生後28日目ごろから発現が始まります。マウスおよびヒトの成熟精子を免疫染色したところ、SPEM3は頭部後方の頭尾結合部に環状に分布しており、既知の後環の位置や形状と一致していました。

精子が形づくられていく過程を追跡すると、SPEM3は発生初期の精子細胞では、頭部前方にあるアクロプラクソームと呼ばれる細胞骨格構造の周縁部(marginal ring)に環状に分布し、精子の成熟が進むにつれて頭部の後方へと徐々に移動し、最終的に後環の位置に落ち着くことが確認されました。この動きは、精子頭部の形態形成が進む過程と時期的に一致していました。

Spem3を欠くと、精子の9割以上で頭部が折れ曲がった

Spem3を欠損させたオスマウスは、体重や精巣の大きさに明らかな異常はなかったものの、交配させても一切子が生まれず、完全に不妊でした。精巣上体から回収された精子の数は野生型に比べて大きく減少し、コンピュータ支援精子分析では運動率・前進運動率のいずれも著しく低下していました。

形態を詳しく調べると、Spem3を欠くマウスの精子では92.05±1.37%という高い割合で、頭部が尾部側に折れ曲がる異常(bent-back head)が観察されました。電子顕微鏡による超微形態解析では、94.98±2.76%の精子で頭尾結合装置(HTCA)が頭部の着床窩(implantation fossa)から外れていることが確認され、この異常は精子形成の最終段階である「ステップ15〜16」の時期に生じることが、複数の染色法によって裏づけられました。

相棒はTEX50──同じ表現型を示すもう一つの後環構成タンパク質

SPEM3がどのようにして頭尾結合を支えているのかを探るため、免疫沈降と質量分析を組み合わせた網羅的な解析が行われました。その結果、精巣内でSPEM3と相互作用する候補タンパク質のうち、Spem3欠損精子で発現が低下していたタンパク質と重なるものが22個見つかり、その中でSPEM3自身に次いで相互作用の強さが2番目に高かったのがTEX50でした。

TEX50もまた精巣特異的に発現し、SPEM3と同じく発生初期にはアクロプラクソーム周縁部に、精子成熟後は後環に局在していました。共免疫沈降実験により、SPEM3とTEX50が実際に結合していることが確認されています。Tex50を欠損させたマウスもまた完全に不妊であり、精子の95.17±3.79%で頭部の折れ曲がりが、96.46±2.20%でHTCAの脱落が認められ、Spem3欠損マウスとほぼ同一の表現型を示しました。また、SPEM3を欠くとTEX50が、TEX50を欠くとSPEM3が、いずれも後環に局在できなくなることも確認され、両者が互いに依存し合いながら後環の構造を維持していることが示されました。

後環は、核膜を「留め具」のように固定する構造だった

SPEM3またはTEX50を欠損させた精子細胞を電子顕微鏡で追跡すると、精子形成の比較的早い段階(ステップ9〜12)ではHTCAは正常に頭部へ結合していたものの、ステップ13〜14になると核膜の後方部分がゆるみ始め、ステップ15〜16では着床窩における核膜の固定が失われて、HTCA全体が崩壊することが明らかになりました。頭尾結合に関わる既知のタンパク質であるSUN5、SPATA6、SPATC1Lについても、正常な精子では頭尾接合部に正確に局在していたのに対し、SPEM3またはTEX50を欠く精子ではこれらの局在が乱れていました。

走査型電子顕微鏡による観察では、野生型精子で明瞭に見えていた後環が、SPEM3またはTEX50を欠く精子ではほぼ確認できなくなっており、後環の直下に位置する後アクロソーム領域(postacrosomal region、PAR)の形態異常も、それぞれ93.01±1.04%、93.78±3.13%の精子で見られました。定量プロテオミクス解析でも、両遺伝子の欠損精子に共通して315個のタンパク質が減少しており、その多くがPARや核周辺のタンパク質性の層(perinuclear theca)に関連するものでした。これらの結果から、後環は、頭部後方の核膜を頭尾結合装置に「留め具」のように固定し、後アクロソーム領域全体の構造を安定させる役割を担っていると考えられています。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本では、精子の頭部形態異常や運動率低下を伴う男性不妊症の一部で、原因となる遺伝子異常が特定できないまま「原因不明」とされる例が少なくありません。今回の研究は、これまで解剖学的な記載にとどまっていた後環という構造に、初めて具体的な分子の裏づけを与えたものであり、精子の頭尾結合異常を伴う症例の遺伝学的な原因検索において、SPEM3やTEX50に相当するヒト遺伝子の異常が候補として挙がる可能性を示しています。

研究チームは、SPEM3がマウスだけでなくヒトの成熟精子でも同じ位置(頭尾結合部)に局在することを確認しており、後環の異常がヒトの男性不妊症の一因となり得ることを示唆しています。臨床現場では、原因不明の精子無力症や奇形精子症の遺伝学的評価を行う際に、こうした頭尾結合関連遺伝子群への着目が今後の検討課題になると考えられます。

研究の強みと限界

本研究の強みは、80年近く形態学的な記載にとどまっていた後環について、SPEM3とTEX50という2つの構成タンパク質を初めて特定し、それぞれのノックアウトマウスとノックインマウスを作出したうえで、免疫染色、電子顕微鏡、プロテオミクスなど複数の手法を組み合わせて機能を裏づけた点にあります。また、マウスだけでなくヒトの精子でも同様の局在を確認しており、種を超えた保存性を示している点も評価できます。

一方で限界もあります。機能解析はマウスモデルが中心であり、ヒトでの検証は免疫染色による局在確認にとどまっているため、ヒトでSPEM3やTEX50に相当する遺伝子異常が実際に男性不妊症の原因となるかどうかは、今後の患者コホートを用いた検討が必要です。また、両遺伝子の欠損精子に共通して減少していた数百のタンパク質の多くは機能未知であり、後環を構成する分子の全体像はまだ完全には解明されていません。加えて、本論文は査読を経た受理後の早期公開版(Article in Press)であり、最終的な校正段階で内容が一部変更される可能性がある点にも留意が必要です。

おわりに

今回の研究は、1946年に初めて記載されて以来、構成分子が不明のままだった精子の「後環」について、SPEM3とTEX50という2つのタンパク質がその中核を担うことを示しました。いずれかを欠くマウスでは、精子形成の最終段階で頭部後方の核膜が不安定になり、頭尾結合装置が崩壊して、9割を超える精子で頭部の折れ曲がりと運動能の著しい低下が生じています。これらの知見は、精子の頭尾結合という基本的な構造がどのように形づくられ、維持されているのかを理解するための土台となるものであり、原因不明とされてきた一部の男性不妊症の分子基盤を明らかにする手がかりとしても、今後の検証が期待されます。

参考文献

1. Wu B, Long C, Liu J, Zhu Z, Liu L, Ma Q, Long Y, Wang L, Wei H, Ma Y, Hou J, Li H, Yuan L, Li W, Liu C. The origin and function of the posterior ring in mouse sperm head. Cell Mol Biol Lett 2026. doi:10.1186/s11658-026-00997-7.

繊毛(せんもう)は、細胞の表面から突き出た微小管でできた構造で、多くの細胞種の表面に存在します。精子の運動を支える鞭毛(べんもう)もこの繊毛の一種であり、その形成不全はしばしば男性不妊症の原因となります。繊毛の根もとには「基底小体」と呼ばれる構造があり、これは細胞分裂の際に紡錘体の形成にも関わる「中心小体」が姿を変えたものです。中心小体が細胞膜にきちんと結合(ドッキング)することが、繊毛形成の出発点になります。

この基底小体のドッキングを担うタンパク質の一つがCEP164です。CEP164が失われると気道や卵管などの多繊毛細胞で繊毛形成が損なわれることは、これまでの研究で示されてきました。しかし、精子が形づくられる過程(精子形成)においてCEP164がどのような役割を果たすのかは、これまで明らかにされていませんでした。精巣の中では、減数分裂の初期(接合期)にできる一次繊毛と、成熟精子の運動を担う鞭毛という、性質の異なる2種類の繊毛が存在することが知られています。

こうした背景のもと、EMBO Reports誌(2026年)に、マウスの精子細胞特異的にCEP164を欠失させた実験動物を用いて、基底小体のドッキング不全が精子形成に及ぼす影響を検証した研究が掲載されました(doi:10.1038/s44319-026-00872-8)。基底小体が細胞膜に結合できなくなったとき、中心小体には何が起こるのか。その顛末を、通常の生殖医療とは異なる基礎生物学の切り口から追った内容です。

方法──精子細胞だけでCEP164を欠失させた

研究チームは、精子のもとになる細胞(精祖細胞から前精子細胞)で特異的に働く「Stra8-iCre」という酵素を利用し、CEP164遺伝子を欠失させたマウス(以下cKOマウス)を作出しました。このマウスと、中心小体を蛍光タンパク質で可視化できる別の遺伝子改変マウスを掛け合わせることで、生きた細胞のまま中心小体の動きを追跡できるようにしています。精巣や精巣上体の組織切片を用いた免疫染色、電子顕微鏡による微細構造の観察、そして生細胞をリアルタイムで撮影するライブイメージングを組み合わせ、受精能や精子の形態、減数分裂の進み具合、中心小体の数と動態を多角的に調べました。

CEP164がないと、精子はほぼゼロになった

cKOマウスのオスは、通常のメスと交配させても仔を得ることができず、完全に不妊でした。精巣の大きさや重さは正常マウスと変わらなかった一方、精巣上体から回収できる成熟精子の数は劇的に減少していました。組織を観察すると、cKOマウスの精巣内では鞭毛を持つ精子がほとんど見当たらず、代わりに異常に細長く伸びた頭部を持つ精子細胞が目立ちました。この頭部の過剰な伸長には、核の周囲を取り囲む一時的な微小管構造「マンシェット」が通常よりも著しく長く形成されていたことが関わっていると考えられています。

減数分裂の一次繊毛が消えても、染色体の対合は乱れなかった

接合期の精母細胞に一次繊毛が観察される割合は、対照群で19.2%(600個中115個)だったのに対し、cKOマウスではわずか1.0%(600個中6個)にまで減少しており、繊毛形成がほぼ完全に阻害されていることが確認されました。魚類(ゼブラフィッシュ)の生殖細胞では、この時期の繊毛が染色体の対合やDNA二本鎖切断の修復に不可欠であることが報告されています。しかし今回のマウスの検討では、調べた30個の精母細胞すべてで19本の常染色体対合が正常に完了しており、DNA修復に関わるタンパク質(Rad51、γH2AX)が形成する目印の数にも対照群との有意差は見られませんでした。マウスの一次繊毛は、少なくとも染色体対合とDNA修復の過程には必須ではないことを示す結果です。

行き場を失った中心小体は、1つの細胞に23個も集まった

最も特徴的だったのは、精子細胞(spermatid)の段階で見られた異常です。通常、精子細胞は中心小体を1対(2個)しか持ちませんが、cKOマウスでは基底小体が細胞膜や核膜にうまくドッキングできず、代わりに複数の中心小体が寄り集まった「クラスター」を形成していました。多いものでは、1個の細胞の中に23個もの中心小体が確認されています。この異常な集積は生後22日という早い時期からすでに観察されており、円形精子細胞の段階で最初に生じることが、複数の指標を用いた定量解析から確かめられました。円形精子細胞の段階では、cKOマウスの25.2%が過剰な中心小体を持つ一方、50.1%は逆に中心小体を完全に失っていました。

中心小体は「移動」し、最後は「ゴミ」として捨てられる

なぜ中心小体が集まってしまうのか。研究チームは2つの仮説を検証しました。がん細胞などで見られる「中心小体の異常な複製」と、ショウジョウバエの卵形成で知られる「細胞間橋を介した中心小体の移動」です。生きた精子細胞を15分ごと、あるいは16秒ごとの間隔で撮影するライブイメージングの結果、対照群の中心小体は細胞膜に固定されてほとんど動かなかったのに対し、cKOマウスの中心小体は非常に活発に動き回り、隣接する細胞由来の中心小体としばしば集まって塊をつくる様子が観察されました。少なくとも24時間の観察の中で、中心小体そのものが新たに複製される様子は確認されず、研究チームは、精子細胞どうしをつなぐ細胞間橋を通じて中心小体が「移動」し、集積している可能性を示唆しています。こうしてできた中心小体の塊は、マンシェットの先端付近に多く見られ、最終的には精巣内の管腔(かんくう)に排出される「残余小体」という不要物とともに処分されているとみられます。マンシェット周辺の微細構造を追跡した結果、この中心小体の排除は、精子の頭部と尾部を接続する構造(annulus、outer dense fiber、fibrous sheathなど)の配置異常とも重なっていました。

がん細胞の中心小体クラスターとの共通点

中心小体の異常な集積は、悪性度の高いヒトのがん細胞でもしばしば報告される現象で、多極性の紡錘体形成や染色体の不安定化、転移能の亢進と関連することが知られています。これまで中心小体の数が増える主な原因は「異常な複製」と考えられてきましたが、今回の研究は、細胞間橋を介した中心小体の「移動」もまた、数の異常を生み出しうる別の経路であることを示唆するものです。ヒトのがん細胞における細胞間の橋渡し構造(トンネリングナノチューブなど)は直径5マイクロメートルに達するとの報告もあり、中心小体が細胞間を移動できるだけの空間的余地は十分にあると考えられています。

日本の生殖医療現場にとっての意味

今回の研究はマウスを用いた基礎生物学的な検討であり、そのままヒトの診療に応用できる段階のものではありません。しかし、精子頭部の過剰な伸長やマンシェットの延長といった所見は、ヒトの奇形精子症でみられる形態異常と共通する部分があり、基底小体のドッキング不全が精子の形態形成異常の一因となりうることを示す一例といえます。生殖補助医療の現場では、顕微授精の際に用いる精子の中心体機能が、受精後の紡錘体形成や初期胚発生に影響することが知られています。中心小体の数的異常や機能不全がどのような精子形態異常と結びついているのかを理解することは、将来的には、受精障害や胚発生不良の原因を精子側から評価するための基礎知識として役立つ可能性があります。

研究の強みと限界

本研究の強みは、精子細胞特異的な遺伝子改変マウスと、生細胞を長時間追跡できるライブイメージングを組み合わせることで、中心小体の動態を直接観察した点にあります。免疫染色や電子顕微鏡による静的な観察だけでは捉えられない「中心小体が動いて集まる」という過程を可視化した点は、他の類似研究にはない特徴です。

一方で限界もあります。第一に、ライブイメージングでは技術的な制約により細胞膜や細胞間橋そのものを直接可視化できておらず、中心小体が実際に細胞間橋を通過しているかどうかは推定の域にとどまります。第二に、この現象はマウスで観察されたものであり、ヒトの精子形成に同様の仕組みが働いているかは今後の検証が必要です。第三に、Stra8-iCreは雌の生殖細胞では働かないため、卵子形成においてCEP164が同様の役割を果たすかどうかは今回の研究では検証されていません。

おわりに

今回の研究は、基底小体のドッキングが精子細胞内での中心小体の保持に不可欠であり、その破綻が中心小体の異常な集積と排除につながることを、マウスモデルを用いて示しました。減数分裂の一次繊毛はマウスの染色体対合やDNA修復には必須でない一方、精子細胞の段階での基底小体ドッキングは、鞭毛形成だけでなく中心小体の数の恒常性を保つうえでも重要であることが明らかになりました。この知見は、精子形成における中心小体制御の仕組みの一端を示すとともに、がん細胞に見られる中心小体クラスター形成の理解にも新たな視点を提供するものであり、今後、ヒトの精子形成や生殖補助医療への含意についても、さらなる検証が期待されます。

参考文献

1. Chen JJ, Gong X, Mak M, Li FQ, Takemaru KI. Basal body docking failure triggers centriole clustering and elimination in mammalian spermatogenesis. EMBO Rep 2026. doi:10.1038/s44319-026-00872-8.

体外受精や自然妊娠を問わず、射精された直後の精子には、まだ卵子を受精させる能力が備わっていません。1951年、AustinとChangがそれぞれウサギとラットを用いた研究で独立に見出したように、精子は雌の生殖管内で一定の時間を過ごすことで初めて受精能を獲得します。このプロセスは「キャパシテーション(受精能獲得)」と呼ばれ、精子表面の分子構成の変化や複数のシグナル伝達経路の活性化を伴う一連の生化学的・生理学的変化として理解されてきました。

この現象が報告されてから70年以上が経過した現在も、キャパシテーションの分子基盤は完全には解明されていません。近年、高度に保存されたストレス応答タンパク質である熱ショックタンパク質(HSP)が、卵形成や精子形成に加えて、精子のキャパシテーションやアクロソーム反応(卵子への進入に必要な精子先体の反応)においても重要な調整役を果たすことを示す知見が蓄積しつつあります。

こうした背景のもと、Tissue and Cell誌(2026年)に、精子キャパシテーションにおけるHSPの機能的役割を包括的に整理した総説が掲載されました(doi:10.1016/j.tice.2026.103765)。HSP90、HSP70(HSPA8・HSPA2)、HSP60、HSP40、HSP27、HSP100、HSPE1(HSP10)という主要なHSPファミリーについて、タンパク質の折り畳み(フォールディング)支援、シャペロン活性、シグナル伝達、そしてタンパク質複合体形成という機能軸から、これまでの知見を整理した内容です。

方法──種を横断してHSPとキャパシテーションの知見を整理した

本総説は新たな実験データを報告するものではなく、既存文献を体系的に統合した叙述的レビューです。対象となったのは、ヒト、マウス、ウシ、ブタ、ヒツジなど複数の哺乳類種において、精子のキャパシテーション過程でHSPがどのように機能するかを検討した研究群です。体外培養条件下でのタンパク質発現解析(ウエスタンブロット、免疫蛍光染色、共免疫沈降など)、精子運動能・過活動化(ハイパーアクティベーション)・アクロソーム反応の評価、凍結保存や体外受精(IVF)成績との関連を検討した研究など、少なくとも14件の代表的な知見が種別・HSPファミリー別に整理・要約されています。

キャパシテーションの舞台裏──コレステロール流出から酸化ストレスまで

キャパシテーションの引き金となるのは、アルブミンを受容体としたコレステロールの精子膜からの流出です。これにより膜の流動性が高まり、重炭酸イオンによる細胞内pHの上昇とカルシウムイオン(Ca2+)の流入が生じます。続いて可溶性アデニル酸シクラーゼが活性化してcAMPが産生され、プロテインキナーゼA(PKA)の活性化を経て、チロシンリン酸化という一連の反応が進みます。このチロシンリン酸化は、マウスからウシ、ヒトに至るまで種を超えて共通してみられる、キャパシテーションの中心的な現象とされています。

活性酸素種(ROS)もこの過程に深く関わっています。低濃度(過酸化水素にして5〜10μM程度)のROSはアデニル酸シクラーゼの活性化やチロシンリン酸化を促進するシグナル分子として働く一方、過剰になると精子の生存や機能そのものを損なう毒性因子となります。この「低濃度では有益、高濃度では有害」という二面性のバランスをどのように保つかが、精子が正常に受精能を獲得できるかどうかを左右すると考えられています。

HSP90──プロゲステロンの合図を受け取る調整役

HSP90のチロシンリン酸化がキャパシテーションの必須要件であることは、マウス・ラット・ヒトの精子を用いた研究で示されてきました。HSP90に特異的に結合する阻害薬ゲルダナマイシンを用いた実験では、通常のチロシンリン酸化や精子運動能、過活動化、透明帯への結合能そのものには影響が見られなかった一方、卵子周囲から放出されるホルモンであるプロゲステロン(P4)によって誘導される精子の運動亢進や過活動化、アクロソーム反応は、この阻害薬によって明確に抑制されました。つまりHSP90は、通常のキャパシテーション経路とは別に、プロゲステロンからのシグナルを受け取って精子機能を調整する役割を担っていると考えられています。

さらに、HSP90には2種類のアイソフォーム(HSP90α・HSP90β)が存在し、局在が異なることも報告されています。HSP90αは精子頭部と中片部の接合部に、HSP90βは尾部(鞭毛)に多く分布しており、それぞれCa2+の貯蔵や運動能の制御に関与すると推測されています。また、乏精子症・精子無力症(運動率の低い精子症)の男性では、健常な対照群と比べてHSP90の発現量が有意に低く、運動精子の割合が高い男性ほどHSP90量も多い傾向が報告されています。

HSPA8(HSP70)──卵管で精子を生かし続けるシャペロン

射精後、卵管の狭部に到達した精子の一部は、排卵まで一定期間そこに留まり生存し続ける「精子貯蔵庫」機能を利用します。HSPA8(HSP70ファミリーの一員)は、この卵管上皮細胞の表面に存在し、精子と結合することで生存期間を延ばすシャペロンとして働くことが、ブタ・ウシ・ヒツジを用いた実験で示されています。抗HSPA8抗体で卵管由来タンパク質を前処理すると精子の生存延長効果が失われる一方、組換えHSPA8を添加すると用量依存的に精子生存が向上したことから、種を超えて保存されたこの機能は、人工授精用の希釈液などへの応用候補としても注目されています。加えてHSPA8は、凍結保存下での精子膜の安定性維持にも関与し、早期のアクロソーム反応(先体の崩壊)を防ぐ働きが報告されています。

HSP60とGrp78──カルシウムシグナルと胚発生に及ぼす二面性

子宮・卵管上皮細胞に存在し、精子表面と結合するHSP60およびグルコース調節タンパク質78(Grp78)についても検討が進められています。これらは精子の運動能や生存率、アクロソームの構造そのものには影響しない一方、プロゲステロンによる細胞内Ca2+上昇を増強することが示されており、シグナル伝達の調整役としての機能が示唆されています。マウスを用いた実験では、HSP60の添加量によって効果が正反対になることも報告されています。低用量(10ng/mL程度)では受精率に影響を与えずに2細胞期胚への発育を促進した一方、高用量(100ng/mL)ではかえって受精率や胚発育を低下させました。このことは、HSPの作用が単純な「多いほど良い」という関係ではなく、濃度依存的な最適域を持つ可能性を示しています。

HSPA2──卵子認識の鍵、そして欠損がもたらす不妊

HSP70ファミリーに属するHSPA2は、精子が卵子の透明帯(ZP)を認識する過程で中心的な役割を担うタンパク質として位置づけられています。アンジオテンシン変換酵素(ACE)およびプロテインジスルフィドイソメラーゼA6(PDIA6)と安定した複合体を形成し、精子頭部の先体周囲領域に局在することが報告されています。近年の研究では、透明帯結合障害を伴う不妊症の男性において、HSPA2の欠損に加えて、HSPA2の安定性を維持するBAG6というタンパク質の欠損も同時に確認されており、両者の関係が改めて注目されています。興味深いことに、この複合体の分布はキャパシテーションの状態によって変化し、キャパシテーション前の精子では頭部の一部(赤道部)に限局していた局在が、キャパシテーション後には頭部の広い領域(前方ドメイン)へと拡大することが示されています。

生殖医療の現場にとっての意味

現時点で、HSPを標的とした診断法や治療法が臨床応用の段階にあるわけではなく、研究段階にとどまります。とはいえ、乏精子症・精子無力症の男性でHSP90の発現が低下していたという報告や、HSPA2の欠損が卵子認識障害を伴う不妊と関連するという知見は、これまで原因不明とされてきた男性不妊の一部を、分子レベルで説明しうる可能性を示唆するものです。日本の生殖医療の現場では、精液検査上は明らかな異常が見つからない、いわゆる「原因不明不妊」の症例に一定数遭遇しますが、こうした症例の背景に、HSP関連の機能的な異常が潜んでいる可能性は、今後の検討課題になり得ます。ただし、総説自体が指摘するように、HSPは現時点では「有望な橋渡し的(translational)バイオマーカー」であって、「確立された臨床バイオマーカー」ではありません。標準化された測定法や、ヒトでの前向き検証がまだ十分に整っていない段階にあります。

研究の強みと限界

本総説の強みは、ヒト・ブタ・ウシ・マウスなど複数種にまたがる知見を、HSPファミリーごとに整理し、キャパシテーションの分子カスケードの中に位置づけた点にあります。一方で限界も指摘されています。第一に、多くの知見は動物モデルや in vitro 実験に基づいており、ヒトでの大規模な臨床試験は依然として乏しい状況です。第二に、多くの研究がHSPとキャパシテーション関連因子との関連や制御を示すにとどまり、特定のHSPとCa2+シグナルやROSを直接結びつける分子経路の全体像は、まだ十分に解明されていません。第三に、HSPの発現量や活性は、加齢や酸化ストレス、環境化学物質への曝露など多様な要因の影響を受けるため、単一の測定値だけで男性不妊の診断や予後を判断するには限界があるとされています。

おわりに

今回の総説は、精子のキャパシテーションという複雑な生理現象において、HSP90やHSPA2をはじめとする熱ショックタンパク質群が、タンパク質のフォールディング支援やシグナル伝達の調整、卵子認識のための複合体形成といった多面的な役割を担っていることを整理して示すものです。これらの知見は、原因不明とされてきた男性不妊の一部を分子レベルで理解する手がかりとなり得ますが、診断や治療への応用に向けては、標準化された測定法の確立とヒトでの前向き検証が、今後の課題として残されています。

参考文献

1. Mihanfar A, Mutsher MK, Shams F, Amani AM, Ghasemzadeh N, Rahnama M, Golchin A. Heat shock proteins in sperm capacitation: A functional perspective. Tissue Cell 2027;104:103765. doi:10.1016/j.tice.2026.103765.

妊娠を望むカップルのおよそ10〜15%が不妊を経験し、その約半数には男性側の因子が関わるとされています。男性不妊は男性全体のおよそ12%に及ぶ一方、原因が特定できないケースも少なくありません。中でも、精子濃度・運動率・正常形態率のすべてが基準を下回る「乏精子症・精子無力症・奇形精子症(OAT)」は、精巣機能そのものに問題があると考えられる代表的な病態ですが、その分子基盤はいまだ十分に解明されていません。

これまでにOATと明確に関連づけられてきた遺伝子は限られており、CFAP44やDNAH1、FANCMなど一部の遺伝子にとどまっています。近年は全ゲノム解析(WGS)によって、従来の検査では見つからなかった稀なバリアントを網羅的に検出する試みが進み、精子形成に関わる新たな候補遺伝子の報告が相次いでいます。

こうした流れの中、Journal of Applied Genetics誌(2026年)に、原因不明の男性不妊症例に対してWGSを実施し、重症OAT患者から新規候補遺伝子を同定した研究が掲載されました(doi:10.1007/s13353-026-01089-0)。核型異常やY染色体微小欠失を伴わない、いわば「他の検査では説明がつかない」男性不妊症例を対象とした研究です。

方法──17人の不妊男性を、全ゲノムで調べた

対象は、核型が正常でY染色体のAZF領域に微小欠失を認めない、原因不明の不妊男性17人です。このうち10人は無精子症、7人はOATと診断されていました。全員の末梢血からDNAを抽出し、イルミナ社のNovaSeq Xプラットフォームを用いて約30倍のカバレッジで全ゲノムシークエンシングを実施しました。

得られたバリアントはDeepVariantで検出し、Ensembl Variant Effect Predictor(VEP)で機能アノテーションを付与したうえで、gnomADにおけるアレル頻度が1%未満であること、精子形成への関連が示唆されること、劣性遺伝形式と矛盾しないことなどを基準に絞り込みました。候補となったバリアントは、サンガーシークエンシングまたはBAMファイルの目視確認によって検証され、一部はAlphaFoldによる立体構造予測やInterPro、NetSurfP-2.0などのツールを用いた構造・機能解析にも供されました。

OAT群7人のうち、精子形成との関連が疑われる稀なバリアントを保有する3人が、詳細な解析対象として選ばれました。3人の精液所見を見ると、精子濃度はいずれも1mLあたり300万〜500万個(基準値1500万個未満で乏精子症)、正常形態率は1〜3%(基準値4%未満で奇形精子症)と、いずれも重度の所見を示していました。

3人の重症OAT患者から、13個の稀なバリアントが浮かび上がった

3人の患者では、当初数百万件規模のバリアントが検出されましたが、これは通常のゲノム多様性を反映するものです。アレル頻度や機能予測などによる系統的な絞り込みを経て、最終的に13個の稀な、あるいは病的意義が疑われるバリアントが同定されました(患者ごとに6個、4個、3個)。このうち、精子形成への関与が強く疑われる3つのバリアントが、SSX1、CPNE1、SPTBN5という3つの遺伝子で優先的に検討されました。

1人目の患者(以下OAT-1)では、X染色体上のSSX1遺伝子に、ヘミ接合状態のスプライスドナー部位バリアント(c.*4+1G>T)が同定されました。これはmRNAのスプライシングを乱し、正常なタンパク質が作られなくなる「機能喪失」を引き起こすと予測されるタイプの変化で、集団データベース上の頻度はおよそ10万人に4〜5人ときわめて稀です。臨床的な意義づけを行うGenooxというプラットフォームでは「病的である可能性が高い(Likely pathogenic)」と分類されました。

同じOAT-1の患者では、CPNE1遺伝子にもホモ接合のミスセンスバリアント(c.1190A>G、アミノ酸置換p.His397Arg)が見つかりました。機能予測ツールの結果は一致せず、SIFTは「有害」、PolyPhen-2は「良性」と判定が分かれましたが、変異の有害性を総合的に示すCADDスコアは28.2と高い値を示し、最終的には「意義不明のバリアント(VUS)」に分類されています。

2人目の患者(OAT-2)では、SPTBN5遺伝子にホモ接合のストップゲイン(終止コドン獲得)バリアント(c.790C>T、p.Gln264*)が同定されました。これはタンパク質合成を途中で止めてしまう変化で、CADDスコアは37.0ときわめて高い値でした。こちらも、機能的な検証や既知の疾患との関連づけがまだ不十分であることから、VUSに分類されています。

それぞれの遺伝子は、精子のどこに関わるのか

SSX1は精巣で選択的に発現する遺伝子で、精子細胞の遺伝子発現を調整する転写調節や細胞分化への関与が示唆されています。もともとは「がん精巣抗原」として知られてきましたが、近年の研究では、SSX1の機能低下が精子の鞭毛形成不全や運動率の低下と関連することも報告されています。SSX1タンパク質の全長配列が主要なデータベースに登録されていないため、今回の研究では立体構造の予測は行えませんでしたが、スプライシング異常のパターンから、機能低下やタンパク質そのものの消失につながる可能性が指摘されています。

CPNE1は、カルシウムに依存してリン脂質と結合するタンパク質で、精子の鞭毛に発現し、細胞膜を介した情報伝達や運動性の調節に関わるとされています。過去の研究では、閉塞のない無精子症患者でCPNE1の発現量が低下していることも報告されています。今回の構造解析では、His397Argという置換がタンパク質の安定性を低下させ、カルシウムを介した細胞膜との相互作用を弱める可能性が示唆されました。精子の受精能獲得や先体反応といった、受精に不可欠な過程に影響しうるという考察です。

SPTBN5はスペクトリンというタンパク質ファミリーの一員で、精子そのものというより、精子を育てる「足場」の役割を担うセルトリ細胞の細胞接着や膜の安定性に関わるとされています。今回のストップゲイン変異は、タンパク質の大部分にあたるスペクトリンリピートドメインとC末端側のドメインを失わせると予測され、セルトリ細胞による精子形成の支持機能が損なわれる可能性が考察されています。

このほか、各患者ではミトコンドリア関連遺伝子(MT-ATP6、MT-CYBなど)や、クロマチン制御に関わるKIAA1210、銅代謝に関わるATP7Aなど、単独では病的意義が低いとされるバリアントも複数見つかっています。研究チームは、こうした複数の軽微なバリアントが積み重なることで、精子形成の閾値を下げ、表現型に寄与している可能性にも言及しています。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本では、原因不明とされる男性不妊症例に対する遺伝学的検査は、まだ限られた施設・条件でしか行われていません。今回の研究が示すのは、核型検査やAZF検査で異常が見つからない重症OAT症例であっても、WGSまで踏み込むことで新たな候補遺伝子が浮かび上がる可能性があるという点です。

臨床現場では、こうした候補遺伝子の多くがいまだ「意義不明(VUS)」の段階にあることに注意が必要です。SSX1の変異は「病的である可能性が高い」とされた一方、CPNE1とSPTBN5の変異はVUSにとどまっており、これらの結果を患者への説明に用いる際には、確定的な診断ではなく仮説段階の知見であることを丁寧に伝える必要があります。将来的には、こうした遺伝学的情報が、精子形成不全の原因を説明し、治療選択や遺伝カウンセリングに役立つ可能性がありますが、現時点ではその応用は限定的です。

研究の強みと限界

本研究の強みは、標的を絞った遺伝子パネル検査ではなく全ゲノム解析を用いることで、コーディング領域だけでなくスプライス部位のような非典型的な変化も検出できた点、そしてSanger法によるバリデーションやAlphaFoldによる構造解析まで踏み込んで検証した点にあります。

一方で限界も明確です。解析対象は3症例と少数であり、家族内での分離解析(バリアントが本当に病気の原因かを確認する手法)は、追加の家族からDNA試料が得られなかったため実施されていません。また、実際に細胞や動物モデルを用いた機能解析、mRNAレベルでの検証、タンパク質間相互作用の検討などは行われておらず、同定されたバリアントの病的意義や生物学的な影響は、あくまで推測の域にとどまっています。研究チーム自身も、今回の結果は「仮説を生み出す段階(hypothesis-generating)」であり、今後の機能検証や大規模コホートでの追試が必要だと位置づけています。

おわりに

今回の研究は、原因不明とされてきた重症OAT症例に対し、全ゲノム解析によってSSX1、CPNE1、SPTBN5という3つの新規候補遺伝子を提示するものです。SSX1は精子細胞の転写調節や分化、CPNE1はカルシウムを介した精子の運動・受精機能、SPTBN5はセルトリ細胞による精子形成の支持機能と、それぞれ異なる経路への関与が示唆されています。あわせて、複数の軽微なバリアントが積み重なって精子形成に影響する可能性も指摘されており、単一の原因遺伝子では説明しきれない、男性不妊の遺伝的な多様性を改めて示す結果ともいえます。今後、より大規模なコホートでの検証と機能解析が積み重ねられることで、こうした知見が遺伝カウンセリングや診断の精度向上につながることが期待されています。

参考文献

1. Sadeghzadeh S, Malcher A, Ebrahimi Askari R, Ibrahim R, Sefid F, Pastuszak K, Srivastava A, Dehghani M, Vahidi S, Lotfi M, Ghasemi N, Kurpisz M. Identification of novel variants in SSX1, CPNE1, and SPTBN5 in men with oligoasthenoteratozoospermia using whole-genome sequencing. J Appl Genet 2026. doi:10.1007/s13353-026-01089-0.

人工授精や体外受精における精子の機能維持は、保存条件に大きく左右されます。凍結保存は長期保存に適する一方でコストや設備の制約があり、より簡便な液状保存(冷蔵保存)が代替手段として注目されてきました。しかし液状保存中の精子は、時間の経過とともに構造的・機能的な劣化(in vitro aging、体外老化)を避けられません。

精子の体外老化は、運動性の低下だけでなく、膜の安定性、細胞内カルシウム濃度、ミトコンドリア機能といった多面的な指標に現れます。これらは受精能力に直結する要素であるにもかかわらず、豚精液と牛精液を同一の実験条件下で直接比較した研究はこれまで限られていました。両者は精子膜の脂質組成が大きく異なることが知られており、最適な保存温度も種によって異なる可能性があります。

こうした背景のもと、Andrology誌(2026年)に、ドイツの研究施設で実施された豚(ピエトレン種、10頭)と牛(ホルスタイン・フリージアン種、10頭)の精液を対象とした比較研究が掲載されました。精液を5℃と16℃で6日間液状保存し、運動性・形態・生存率・先体の状態・膜の流動性・細胞内カルシウム・ミトコンドリア膜電位という多角的な指標で、種特異的な体外老化のパターンを検証した内容です(doi:10.1111/andr.70318)。

方法──2つの温度で6日間、多角的な指標を追跡した

対象は、健康で性的に活発な10頭のピエトレン種の豚(2025年5月採取)と、10頭のホルスタイン・フリージアン種の牛(2025年6月採取)から得られた精液です。豚精液は専用希釈液(Androstar Premium)で20×10⁶精子/mLに、牛精液は別の希釈液(Caprogen)で40×10⁶精子/mLに希釈された後、それぞれ2つに分けられ、5℃と16℃で6日間保存されました。

保存1日目、3日目、6日目に、以下の項目が測定されました。精漿を38℃で30分・120分加温した後の前進運動精子の割合(耐熱試験、TRT30・TRT120)、精子形態、そしてフローサイトメトリーによる4種類の機能指標です。具体的には、生存かつ先体が正常な精子のうち膜流動性と細胞内カルシウムがともに低い集団(VAI-LMLC)、および同じくミトコンドリア膜電位が高い集団(VAI-HMMP)の割合が調べられました。膜流動性の上昇や細胞内カルシウムの増加は、受精能獲得(先走った成熟変化)に似た状態を示す指標とされ、保存中に望ましくない早期の変化が起きていないかを反映します。統計解析には反復測定による一般線形モデルが用いられました。

豚精液は、意外にも16℃保存の方が良好だった

結果は種によって対照的でした。豚精液では、5℃保存よりも16℃保存の方が複数の指標で優れていました。保存1日目のTRT120(120分加温後の前進運動精子率)は、5℃で73.70±2.37%だったのに対し16℃では77.80±1.73%と有意に高く(p<0.001)、VAI-LMLCも1日目(5℃:67.50±2.29% vs 16℃:75.50±1.00%、p=0.012)、6日目(5℃:46.50±4.11% vs 16℃:60.50±2.28%、p=0.002)ともに16℃保存の方が高い値を示しました。VAI-HMMPについても、1日目(5℃:52.50±1.96% vs 16℃:65.40±2.12%、p<0.001)、3日目(5℃:42.50±4.02% vs 16℃:52.70±2.28%、p=0.019)で16℃保存が上回りました。

これは、豚の精子膜が多価不飽和脂肪酸を多く含み、コレステロール含有量が比較的少ないという脂質組成上の特徴によるものと考えられています。この組成のため、豚精子は10℃を下回るような低温に置かれると、膜の相転移や構造の不安定化、いわゆる「コールドショック」が起こりやすいとされます。実際、豚の液状精液は従来から15〜17℃で保存されるのが一般的であり、今回の結果はこの実務慣行と整合するものでした。

牛精液は逆に、5℃保存の方が優れていた

牛精液では、豚とは逆の傾向が見られました。保存3日目のTRT30(30分加温後の前進運動精子率)は、5℃で67.50±5.04%、16℃で57.30±5.12%と5℃保存が有意に高く(p=0.014)、TRT120も同様に5℃で56.10±5.32%、16℃で42.70±5.54%でした(p=0.003)。形態正常精子の割合も3日目で5℃保存の方が高く(5℃:78.90±2.88% vs 16℃:73.60±3.56%、p=0.036)、生存かつ先体正常な精子の割合(VAI)も3日目で5℃保存が優位でした(5℃:76.70±4.34% vs 16℃:73.80±3.72%、p=0.014)。

さらに顕著だったのはVAI-LMLCとVAI-HMMPで、保存1日目・3日目・6日目のすべてにおいて5℃保存の方が有意に高い値を示しました(いずれもp<0.005)。特にVAI-HMMPは、1日目で5℃:46.30±5.39% vs 16℃:72.70±3.65%、3日目で5℃:36.70±4.40% vs 16℃:72.10±4.35%と、方向としては16℃の方が高い数値でしたが、論文の考察では、この16℃でのミトコンドリア膜電位の高さは保存ストレス下での一過性の代謝亢進を反映している可能性があり、必ずしも機能の維持を意味しないと慎重に解釈されています。牛精子は豚精子に比べて精子膜のコレステロール対リン脂質比が高く、多価不飽和脂肪酸含有量が低いため、低温による膜の脂質相転移に対して耐性が高いことが、この違いの背景として挙げられています。

両種に共通していたこと、異なっていたこと

6日間の保存を通じて、両種に共通して見られたのは、保存日数が進むにつれて耐熱試験の成績が低下していくという典型的な精子老化のパターンでした。これは、ATP産生量の低下、代謝産物の蓄積、酸化的損傷の蓄積といった、保存中の精子に共通する劣化過程を反映していると考えられています。

一方で、統計モデル上の違いも見られました。豚精液では、保存日数と保存温度の交互作用がVAI-HMMPでのみ有意でしたが(p<0.001)、牛精液ではどの指標についても保存日数と温度の交互作用は有意ではありませんでした。これは、豚精子における温度の影響が保存日数によって変化しやすいのに対し、牛精子ではより一貫して温度の影響が現れることを示唆しています。

生殖医療の現場にとっての意味

日本の生殖医療の現場でも、精液サンプルは体外受精や顕微授精などの処置に先立ち、室温(20〜25℃)、生理的温度(37℃)、短期冷蔵(4〜8℃)といったさまざまな温度条件にさらされます。今回のモデル動物での知見をそのままヒトに外挿することはできませんが、ヒト精子の膜脂質組成は豚(多価不飽和脂肪酸が多い)と牛(コレステロールが多い)の中間的な性質を持つとされ、温度に対する感受性もその中間に位置すると考えられています。

臨床現場では、精液の取り扱い時間や温度管理が、運動性やミトコンドリア機能、膜の安定性といった機能指標に影響しうるという点で、今回の知見は保存条件を検討するうえでの一つの参考情報になります。37℃での長時間のインキュベーションは、代謝活性と活性酸素種の産生を高め、酸化ストレスやDNA断片化を介して受精能力を低下させる可能性が指摘されており、保存・処置プロトコルの最適化は今後も検討が続く領域です。

研究の強みと限界

本研究の強みは、豚と牛という膜脂質組成の異なる2種の精液を、同一の実験デザインと測定手法のもとで直接比較した点、そして運動性・形態といった従来の指標に加え、フローサイトメトリーによる膜流動性・細胞内カルシウム・ミトコンドリア膜電位という多角的な機能指標を組み合わせた点にあります。

一方で限界もあります。第一に、豚精液と牛精液ではそれぞれ種特異的に最適化された異なる希釈液(豚:Androstar Premium、牛:Caprogen)が用いられており、観察された種差が精子本来の生物学的差異なのか、希釈液の組成の違いによるものなのかを完全に切り分けることはできません。第二に、本研究では実際の受精成績(人工授精の現場成績や体外受精の成功率、胚発生など)は測定されておらず、今回の指標はあくまで受精能力の間接的な代理指標です。第三に、活性酸素種や脂質過酸化(マロンジアルデヒドなど)の直接測定は行われておらず、酸化ストレスの機序を裏づけるにはさらなる検証が必要とされています。

おわりに

今回の研究は、豚精液と牛精液という膜脂質組成の異なる2種を同一条件下で比較することで、液状保存における最適温度が種によって異なりうることを具体的な数値とともに示しました。豚精液では16℃保存の方が、牛精液では5℃保存の方が、複数の機能指標で優れた成績を示しています。この違いは、精子膜における多価不飽和脂肪酸とコレステロールの比率という、種に固有の脂質組成の違いから説明されると考えられています。研究チームは、実際の受精成績を含めたさらなる検証が今後必要であるとしています。

参考文献

1. Khan MU, Neubert ML, Henneberg S, Jung M, Schulze M. Comparative Analysis of In Vitro Aging in Liquid-Preserved Boar and Bull Semen Stored at 5°C and 16°C. Andrology 2026;0:1-10. doi:10.1111/andr.70318.

精子のDNA断片化(sperm DNA fragmentation、SDF)は、精子のDNAにどれだけ損傷が生じているかを示す指標です。SDFの上昇は男性因子不妊や反復流産と関連することが知られており、体外受精(IVF)や顕微授精(ICSI)の不成功を繰り返す夫婦や反復流産のカップルでは、精液検査に加えてSDFの評価を行うことが、米国泌尿器科学会(AUA)と米国生殖医学会(ASRM)のガイドラインでも推奨されています。

SDFが高い場合の対策の一つに、精巣内精子採取術(TESE)によって得られる精巣内精子の利用があります。精巣内精子は射出精子に比べてDNA断片化の程度が低く、これを用いたICSIのほうが妊娠・出産の成績が良いとする報告が積み重なってきました。採取した精巣内精子は、その場で新鮮なまま使う方法と、いったん凍結し必要なタイミングで融解して使う方法のいずれかが選択されます。凍結には、採卵日に確実に精子を確保できる、検査や培養の日程調整がしやすい、繰り返しの外科的採取を避けられるといった利点がある一方、凍結・融解の過程で精子の運動性や着床への影響が生じうるとする研究も存在し、両者の優劣ははっきりしていませんでした。

こうした中、Reproductive Biology and Endocrinology誌(2026年、Article in Press)に、SDFが高い男性を対象に、TESE後の新鮮精子と凍結精子でICSIの成績を比較した後方視的コホート研究が掲載されました(doi:10.1186/s12958-026-01594-1)。

方法──60人の高DNA断片化例を、新鮮精子と凍結精子で比較した

対象は、米国の複数施設からなるフェルティリティネットワーク(Shady Grove Fertility、RMA of New York、IVF Florida)において、2017年1月から2022年12月までにSDF高値を理由にTESEおよびその後のICSIを受けた男性です。SDFはHaloSperm G2 Kitを用いたSperm Chromatin Dispersion(SCD)法で測定され、20%以上を高値と定義しました。データベースから抽出された68人のうち、DNA断片化検査前にTESEを受けていた例や提供配偶子を用いた例などを除外し、最終的に60人が解析対象となりました。そのうち40人(66.7%)が新鮮精子を、20人(33.3%)が凍結精子を用いてICSIを受けています。両群は年齢、BMI、SDFの中央値(46.5% vs 48.0%、p=0.525)などの背景因子に有意差はありませんでした。主要評価項目は累積生児出生率、副次評価項目は受精率、胚盤胞到達率、臨床妊娠率、流産率です。

受精・胚盤胞到達率は、新鮮でも凍結でも同等だった

採取された成熟卵子数は新鮮群15.0個、凍結群19.0個(p=0.254)で有意差はなく、受精率も新鮮群48.8%、凍結群43.7%(p=0.937)とほぼ同水準でした。胚盤胞到達率は新鮮群16.7%、凍結群26.1%(p=0.106)とやや凍結群のほうが高い傾向はあったものの、統計学的な有意差には至りませんでした。着床前胚染色体異数性検査(PGT-A)は全体の55%で実施され、8割超の周期で単一胚移植が行われています。なお60組中22組では、最初のICSI周期で移植可能な胚が得られませんでした。

生児出生率は42.5%対25.0%──ただし統計的有意差はなし

すべての開始周期を対象とした解析では、累積臨床妊娠率は新鮮群55.0%、凍結群35.0%(p=0.144)、流産率は新鮮群10%、凍結群5.0%(p=0.185)、そして主要評価項目である累積生児出生率は新鮮群42.5%、凍結群25.0%(p=0.656)でした。数値としては新鮮精子群のほうが高い傾向にありましたが、いずれも統計学的な有意差は認められていません。生児出生についての未調整リスク比は1.62(95%信頼区間0.70〜3.76)、PGT-A実施の有無と母体年齢35歳以上を考慮した感度分析でも1.71(95%信頼区間0.82〜3.57)と、信頼区間が1をまたいでおり、確実な差とまでは言えない結果でした。

実際に胚移植まで進んだ38組でも、差は認められなかった

移植可能胚が得られず胚移植自体を行わなかった22組を除き、実際に凍結融解胚移植(FET)を受けた38組に限定した解析でも、累積生児出生率は新鮮群65.4%、凍結群41.7%(p=0.167)、累積臨床妊娠率は新鮮群84.6%、凍結群58.3%(p=0.108)、流産率は新鮮群15.4%、凍結群8.3%(p>0.999)と、いずれも群間に統計学的有意差はありませんでした。

新鮮精子で胚ができなかった10組では

新鮮精子を用いた最初のICSI周期で移植可能胚が得られなかった10組は、続けて凍結精子を用いた追加のICSI周期を受けています。この10組内で新鮮周期と凍結周期の成績を比較すると、成熟卵子数(中央値の差−2.5個、p=0.238)、受精率(同−17.9ポイント、p=0.102)、胚盤胞到達率(同−18.3ポイント、p=0.156)のいずれも凍結周期のほうがやや良い傾向が見られましたが、統計学的な有意差はなく、この解析自体の対象数がごく少数であることに注意が必要です。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本では、SDF高値例に対するTESE精子の利用や、新鮮精子と凍結精子のどちらを選ぶかについて、統一的な指針が整備されているとは言えない状況です。凍結精子には、採卵日程の調整がしやすくなる、繰り返しの外科的採取を避けられるといった実務上の利点があります。今回の結果は、少なくともSDF高値例に限定したこの規模の後方視的データにおいて、新鮮精子と凍結精子のあいだで受精率・胚盤胞到達率・妊娠出産成績に統計学的な差が見出されなかったことを示しています。診察室で凍結精子の利用を検討する際、この結果は選択肢の一つとしての説明材料になり得ますが、生児出生率で見られた数値上の差(42.5%対25.0%)が偶然によるものか実際の差を反映しているのかは、今回の研究だけでは判断できません。

研究の強みと限界

本研究の強みは、SDF高値でTESEを受けた患者に限定して新鮮精子と凍結精子を比較した、現時点で最大規模のコホートである点です。6年間にわたり3つの大規模生殖医療施設のデータを用い、受精率や胚盤胞到達率だけでなく、実際の妊娠・出産成績まで追跡しています。

一方で限界も少なくありません。第一に、症例数が少なく統計学的検出力が不足しており、著者らの検出力計算では、凍結精子群での生児出生率41%減少を80%の検出力で検出するには、現在の4倍を超える参加者数が必要とされています。第二に、観察された生児出生の件数が少なかったため、交絡因子を調整した多変量解析ができず、報告されているのは未調整の関連のみです。第三に、後方視的研究であるため、喫煙歴や発熱・感染症の既往、SDF検査を行った具体的な理由といった情報が診療録に一貫して記録されておらず、解析に組み込むことができませんでした。第四に、単一の親会社が運営する施設群のデータであるため、他の医療環境への一般化には注意が必要です。

おわりに

今回の研究は、SDFが高い男性に対してTESEを行った際、精巣内精子を新鮮のまま使うか、いったん凍結してから使うかによって、受精率や胚盤胞到達率、妊娠・出産成績に統計学的に明確な差は見出されなかったことを示しています。生児出生率で見られた数値上の開き(42.5%対25.0%)は臨床的に意味のある差である可能性も否定できず、著者らはこの結果を仮説生成的な位置づけと位置づけています。凍結精子の利用がもたらす実務上の利点とあわせて、より大規模で前向きな研究による検証が今後の課題とされています。

参考文献

1. Siegel DR, Kaizer LK, Sammel MD, Roeca C. The impact of fresh versus cryopreserved testicular sperm on in-vitro fertilization outcomes in couples with elevated sperm DNA fragmentation: a retrospective cohort study. Reprod Biol Endocrinol. 2026. doi:10.1186/s12958-026-01594-1.

2. Schlegel PN, Sigman M, Collura B, et al. Diagnosis and Treatment of Infertility in Men: AUA/ASRM Guideline PART II. J Urol. 2021;205(1):44-51.

体外受精(IVF)における精液採取前の禁欲期間(ejaculatory abstinence, EA)については、世界保健機関(WHO)が2〜7日、欧州ヒト生殖医学会(ESHRE)と北欧アンドロロジー学会(NAFA)が3〜4日という、やや幅のある推奨を示してきました。禁欲期間が長いほど精液量や総精子数は増える一方、精子のDNA損傷が蓄積しやすくなるという報告もあり、どの程度の禁欲期間がIVFの成績にとって望ましいのかは、長らく決着のつかない論点でした。

これまでの研究の多くは、顕微授精(ICSI)を対象としたものか、IVFとICSIを混在させたデータに基づくものでした。IVF単独を対象に、精液所見だけでなく妊娠率・流産率・生児出生率までを大規模に検証した研究は、これまで十分に存在しませんでした。

こうした背景のもと、Andrology誌(2026年)に、英国の単一施設で2013年から2022年にかけて実施された2,899カップル、3,873周期を対象とした後方視的コホート研究が掲載されました。禁欲期間を2日、3日、4日、5〜7日の4群に分け、精液所見と胚盤胞形成率、そして妊娠・流産・生児出生といった臨床成績との関連を、多変量解析によって検証した内容です(doi:10.1111/andr.70322)。

方法──禁欲期間別に、精液所見から出産まで追跡した

対象は、2013年から2022年にかけて英国の単一生殖医療施設で自己卵子・パートナー新鮮精子を用いたIVF周期を受けた2,899カップル、3,873周期です。禁欲期間が2日未満または7日を超える周期、卵巣刺激で採卵に至らなかった周期、提供精子を用いた周期は除外されました。禁欲期間は2日(1,681周期)、3日(1,609周期)、4日(392周期)、5〜7日(191周期)の4群に分けられました。

精液所見(総精子数、精子濃度、総運動精子数、精液量など)、胚盤胞形成率、高品質胚盤胞形成率、そして胚移植後の妊娠率・流産率・生児出生率が評価されました。解析には、男性年齢や精液所見、女性年齢・BMI・採卵数といった交絡因子を調整した二項一般化線形混合モデルおよびロジスティック回帰モデルが用いられ、多重比較の補正にはBenjamini-Hochberg法による偽発見率(FDR)調整が適用されました。

精液所見は禁欲期間とともに向上、しかし胚盤胞形成率には差がなかった

禁欲期間が長いほど、総精子数、精子濃度、総運動精子数、精液量は有意に増加しました(いずれもp<0.001)。禁欲2日群の総精子数(中央値)は65.6×10⁶/射精であったのに対し、5〜7日群では92.5×10⁶/射精でした。これは、禁欲期間が長いほど精子が量的に豊富になるという、従来の知見と一致する結果です。

一方で、胚盤胞形成率は禁欲期間によってほとんど変わりませんでした。禁欲2日群の胚盤胞形成率は63.2%、5〜7日群は61.4%で、調整後オッズ比(aOR)は0.996(95%信頼区間0.951〜1.044、p>0.05)と、統計学的な差は認められませんでした。高品質胚盤胞形成率についても同様に、有意な関連は見られませんでした(aOR 0.985、95%信頼区間0.915〜1.060)。精液所見の数字上の改善が、必ずしも胚の発育能力の向上には直結していないことがうかがえます。

妊娠率は禁欲期間とともに低下、生児出生率も同じ傾向を示した

最も注目される結果は、胚移植後の臨床成績です。妊娠率は禁欲期間が長くなるにつれて有意に低下し、禁欲2日群で61.2%、3日群で57.7%、4日群で50.4%、5〜7日群で48.6%でした。多変量調整後のオッズ比は0.786(95%信頼区間0.685〜0.903、p<0.001)で、多重比較のためのFDR補正後も有意性は維持されました(FDR調整後p=0.003)。禁欲期間が1日延びるごとに、妊娠のオッズがおよそ2割低下する計算になります。

生児出生率についても、禁欲2日群で44.6%、5〜7日群で38.6%と同様に低下する傾向が見られましたが、統計学的な有意水準には届きませんでした(aOR 0.886、95%信頼区間0.769〜1.020、p=0.0921)。流産率は禁欲期間による有意差が見られませんでした(aOR 0.880、95%信頼区間0.678〜1.141)。ただし5〜7日群は生児出生数がわずか28件と少なく、差を検出する力(検出力)自体が不足していた可能性が指摘されています。

なお、移植可能な胚が得られず周期がキャンセルとなった割合は、禁欲期間が長いほどむしろ低くなっていました(2日32.8%に対し5〜7日27.7%)。これは、禁欲期間が長い群で精子数が多く、受精・胚盤胞到達に必要な最低限の胚が確保されやすかったことを反映していると考えられます。

年齢や精液所見で層別化しても、妊娠率低下の傾向はおおむね一致した

追加のサブグループ解析では、35〜39歳の女性においては禁欲期間と妊娠率低下の関連が主解析と同様に維持されました(aOR 0.736、95%信頼区間0.605〜0.895)。一方、35歳未満および40歳以上の女性、また精液所見が異常だった周期のサブグループでは、有意な関連は確認されませんでした。この違いは、生物学的な差というよりも、各サブグループの症例数が少なく統計学的な検出力が不足していたことによる可能性が高いとされています。実際、最も症例数の多い35〜39歳群では一貫して有意差が確認されており、全体としての傾向を支持する結果と解釈されています。

欠測していた女性BMIデータを補って行った感度分析や、着床前胚染色体異数性検査(PGT-A)を行った周期を除外した解析でも、禁欲期間と妊娠率低下の関連は同様に確認されました。加えて、傾向スコアを用いた重み付け解析では、禁欲期間2日群と比べて5〜7日群で高品質胚盤胞形成率が有意に低いという新たな知見も得られています(aOR 0.320、95%信頼区間0.206〜0.498)。この結果は主解析では見られなかったものであり、禁欲期間の上限に近い日数が、胚移植前の段階での胚発育能力そのものに影響している可能性を示唆するものとされています。

なぜ禁欲期間が妊娠率に影響するのか──精子DNA断片化という手がかり

精子は精巣上体を通過する過程で成熟しますが、この過程は活性酸素種(ROS)の生成と密接に関わっています。適度なROSは精子の運動機能獲得に必要な生理的シグナルとして働く一方、過剰なROSは精子DNA断片化(sperm DNA fragmentation, SDF)を引き起こし、男性不妊の一因となることが知られています。既存のメタ解析では、禁欲期間が2日を超えて1日延びるごとに、SDFがおよそ0.65%ずつ直線的に増加することが報告されています。

SDFの上昇は、受精や胚盤胞到達そのものには大きな影響を与えない一方で、着床率や胚の発育能力を低下させることが、別の前向きコホート研究でも示されています。今回の研究で、胚盤胞形成率には差がないにもかかわらず妊娠率だけが低下していたという結果は、こうした精子DNA損傷の蓄積が、受精後・胚盤胞形成後の段階、すなわち着床や妊娠の維持に関わる過程に影響している可能性を示すものと位置づけられています。

ICSIとの違い──同じ禁欲期間でも影響の出方は異なる

2024年に発表されたICSI周期を対象とした大規模な後方視的研究(6,919周期)では、禁欲期間が長いほど正常受精(2PN)の形成率はわずかに低下するものの、胚盤胞形成率や妊娠率、流産率には有意差が見られませんでした。今回のIVF周期を対象とした結果とは対照的です。ICSIでは卵子への精子注入という人為的な選別が入るため、自然な受精過程で生じる精子選択のふるいが働きにくく、禁欲期間の影響が異なる形で現れる可能性が指摘されています。

また、禁欲時間をごく短時間(1〜3時間程度)まで短縮した研究では、IVF・ICSIいずれにおいても妊娠率や生児出生率の向上が報告されており、今回の結果と合わせて、WHO推奨の禁欲期間の下限(2日)よりもさらに短い禁欲期間の意義について、今後の検証が求められる領域とされています。

日本の生殖医療現場にとっての意味

日本の生殖医療の現場では、精液採取前の禁欲期間について、WHOの推奨(2〜7日)に沿った説明がなされることが一般的です。今回の結果は、この推奨範囲の中でも、禁欲期間の長さによって妊娠率に無視できない差が生じうることを示しています。特に、禁欲期間が長いほど精液所見(精子数や精液量)は良好に見えるため、患者側にも医療者側にも「長めの禁欲のほうが望ましい」という直感が働きやすい場面ですが、今回のデータはその直感と実際の妊娠成績が必ずしも一致しないことを示唆しています。

臨床現場では、精液所見の改善を目的とした禁欲期間の指導と、胚移植後の妊娠成績を見据えた禁欲期間の指導とが、必ずしも同じ方向を向かないという点を踏まえた説明が求められる可能性があります。ESHRE・NAFAが推奨する3〜4日という範囲は、長い禁欲期間の不利益をある程度回避できる一方、今回のデータで最も妊娠率が高かった2日という短い禁欲期間を除外してしまう点にも注意が必要です。

研究の強みと限界

本研究の強みは、IVF周期に限定した解析としては最大規模である点、精液所見だけでなく妊娠・流産・生児出生率までを一貫して追跡した点、そして多重比較やBMI欠測データを考慮した複数の感度分析によって結果の頑健性を検証した点にあります。

一方で限界もあります。第一に単一施設のデータであり、他施設への一般化には注意が必要です。第二に、女性BMIが175周期で欠測しており、これが交絡の残存につながった可能性があります。第三に、人種・男性BMI・産科歴・不妊原因といった、精液所見やIVF成績に影響しうる因子の一部が多変量モデルに含まれていません。第四に、PGT-Aを行った周期は解析に含まれているものの、正倍数性胚の移植率自体は多変量解析に組み込まれておらず、この点に関する残存交絡は否定できません。第五に、禁欲期間が長い群(特に5〜7日群)は生児出生数が少なく、生児出生率の解析については検出力が不足していた可能性があります。累積生児出生率や新生児の在胎週数・出生体重といったアウトカムも、今回は評価されていません。

おわりに

今回の研究は、IVF周期において禁欲期間が精液所見に与える影響と、胚移植後の妊娠成績に与える影響とが、必ずしも同じ方向を向かないことを示すものです。禁欲期間が長いほど精液所見は良好になる一方、胚盤胞形成率には差がなく、妊娠率はむしろ低下する傾向が確認されました。精子DNA断片化の蓄積が、この背景にある一因として想定されています。今回の知見はあくまで単一施設の後方視的データに基づくものであり、多施設での前向き研究による検証が、今後の指針の精緻化には必要とされています。

参考文献

1. Tighe J, Kasaven LS, Exeter H, Jones BP, Chronopoulou E, Ben Nagi J, Theodorou E. Effect of Ejaculatory Abstinence Duration on Laboratory and Clinical Outcomes in IVF: A Retrospective Analysis. Andrology 2026;0:1-11. doi:10.1111/andr.70322.

2. Cermisoni GC, Minetto S, Marzanati D, et al. Effect of Ejaculatory Abstinence Period on Fertilization and Clinical Outcomes in ICSI cycles: A Retrospective Analysis. Reprod Biomed Online 2024;48(1):103401. doi:10.1016/j.rbmo.2023.103401.

原因不明不妊(unexplained infertility, UI)は、卵管や子宮、精液所見など標準的な検査で異常が見つからないにもかかわらず妊娠に至らない状態を指す診断であり、生殖医療を受診する異性カップルのおよそ3分の1を占めるとされています。その背景要因としては、性器の細菌叢の乱れである細菌性腟症(bacterial vaginosis, BV)と、精子に対する自己抗体である抗精子抗体(antisperm antibody, ASA)という、2つの異なる経路が近年注目されています。

BVに関連する細菌はシアリダーゼなどの酵素を産生し、腟粘膜の保護機構を分解することで、精子抗原が免疫細胞にさらされやすい環境をつくると考えられています。この結果、女性の体内で精子に対する免疫寛容が破綻し、精子への感作や着床障害につながる可能性が指摘されてきました。ただし、ASAに対する治療方針は一定していません。免疫抑制療法の有効性を示すエビデンスは乏しく、体外受精や顕微授精(ICSI)へのアクセスが乏しい地域では、選択肢自体が限られているのが実情です。

このような背景のもと、BMC Immunology誌(2026年)に、コンゴ民主共和国のキサンガニで実施された二重盲検・2×3要因配置ランダム化比較試験が掲載されました。BVとASAの両方を有する原因不明不妊の女性123人を対象に、抗菌薬療法と免疫調整薬療法を組み合わせた場合の妊娠率を検証した内容です(doi:10.1186/s12865-026-00875-z)。

方法──2つの治療要因を、独立にランダム化した

対象は、2023年8月から2024年7月にかけて、コンゴ民主共和国キサンガニの三次医療機関で登録された、18歳から40歳の原因不明不妊の女性123人です。全員が、血清中の抗精子抗体陽性(IgA/IgG迅速検査および間接混合凝集反応試験で確認)と、Amsel基準・Nugentスコアによる細菌性腟症の診断を満たしていました。卵管疎通性や子宮内腔、ホルモン値、パートナーの精液所見はいずれも正常と確認されています。

試験デザインは2×3の要因配置で、2つの治療要因が異なるタイミングで独立にランダム化されました。第1要因(BV治療)は、腟内メトロニダゾール単剤(61人)と、メトロニダゾール・クロトリマゾール・クリンダマイシンを含む複合腟錠(62人)の2群です。エントリー時点(day 0)にランダム割付が行われ、7日間の連日投与の後、1か月間にわたり3日ごとに1錠を追加投与する方法がとられました。

第1要因の治療完了後、月経周期のday 1に第2要因(免疫調整薬治療)のランダム割付が行われました。プレドニゾロン(41人、周期の1〜10日目に1日80mg、11〜12日目に5mg)、酢酸亜鉛(42人、1日100mgを12日間)、そして低用量パラセタモール(100mgを1日2回、40人)を実薬対照とする、3群構成です。低用量パラセタモールは、通常の鎮痛・解熱に必要な用量の5分の1から10分の1にとどめられており、免疫学的な指標に影響しない設計になっています。主要評価項目は、免疫調整薬のランダム化から6か月以内の臨床妊娠までの期間で、Cox比例ハザードモデルを用いて年齢・BMI・抗精子抗体価で調整したハザード比(aHR)が算出されました。

免疫調整薬群で妊娠率は38.55%、プラセボ群の3倍に

intention-to-treat解析では、免疫調整薬(プレドニゾロンまたは亜鉛)を投与された群の32/83人(38.55%)が妊娠に至ったのに対し、プラセボ群では5/40人(12.50%)にとどまりました。年齢やBMI、抗精子抗体価で調整したハザード比は3.43(95%信頼区間1.34〜8.81、p=0.010)で、免疫調整薬群はプラセボ群の3倍以上のペースで妊娠に至っていたことになります。

薬剤別に見ると、亜鉛群の妊娠率は40.48%(調整ハザード比3.46、95%信頼区間1.27〜9.40、p=0.012)、プレドニゾロン群は36.59%(調整ハザード比2.75、95%信頼区間1.01〜7.68、p=0.027)で、両者に有意差はありませんでした(p=0.623)。亜鉛とプレドニゾロンは、この試験においてほぼ同等の効果を示したことになります。

6つの治療群の組み合わせで見ると、複合抗菌薬治療と亜鉛を併用した群の妊娠率は52.38%(プラセボ・メトロニダゾール群を基準とした調整ハザード比7.33、95%信頼区間1.48〜36.29)、複合抗菌薬治療とプレドニゾロンを併用した群も52.38%(調整ハザード比5.57、95%信頼区間1.15〜29.0)でした。ただし、統計学的な交互作用検定(尤度比検定)ではFactor1×Factor2の交互作用は有意ではなく(p=0.59)、この試験は交互作用ではなく主効果を検出する設計で実施されているため、この高い妊娠率は2つの独立した効果がかけ合わさった結果であって、相乗効果が統計的に証明されたわけではないと説明されています。

複合抗菌薬療法は、BVの根治率でメトロニダゾール単剤を上回った

BV治療の効果を見ると、開始から8〜10日後の時点(受診1)での臨床的治癒率は、複合抗菌薬群83.87%、メトロニダゾール単剤群83.61%とほぼ同等でした。しかし、Nugentスコアによる生物学的治癒率は、複合抗菌薬群62.9%に対しメトロニダゾール単剤群40.98%で、相対危険度は1.59(95%信頼区間1.08〜2.26、p=0.014)と有意差が見られました。この差は経過を追うごとに拡大し、3か月後の受診3の時点で、intention-to-treat解析における臨床的治癒率は複合抗菌薬群50.0%、メトロニダゾール単剤群26.33%で、相対危険度は1.73(95%信頼区間1.12〜2.69、p=0.006)でした。

この結果は、メトロニダゾール単剤治療では自覚症状こそ改善しても、細菌叢の状態そのものは十分に正常化していない可能性を示唆しています。要因配置の周辺効果として見ると、複合抗菌薬治療はメトロニダゾール単剤に比べて妊娠率でも優位で、調整ハザード比は2.20(95%信頼区間1.09〜4.43、p=0.027)でした。

忍容性では亜鉛がプレドニゾロンを上回った

有害事象の全体的な頻度は、プレドニゾロン群21.95%、亜鉛群16.67%で統計学的な有意差はありませんでした(p=0.541)。一方、参加者自身による忍容性の評価では、「非常に良好な忍容性」と回答した割合が亜鉛群で59.52%、プレドニゾロン群で34.15%と有意な差が見られ(p=0.007)、亜鉛のほうが服薬時の負担が少ないと感じられていたことがうかがえます。妊娠率がほぼ同等であることを踏まえると、亜鉛は治療の選択肢としてコストや忍容性の面で優位性を持つ可能性があります。

資源の限られた診療環境での意味

日本の生殖医療現場では、体外受精や顕微授精などの生殖補助医療へのアクセスが比較的整っている一方、原因不明不妊に対するBVやASAへの介入は必ずしも標準化されていません。今回のデータは、抗菌薬治療と安価な免疫調整薬(特に亜鉛)を組み合わせた段階的なアプローチが、高度生殖補助医療に先立つ選択肢として一定の妊娠率向上効果を持ちうることを示しています。特に、生殖補助医療へのアクセスが限られる地域や、経済的な負担を抑えたい患者にとって、意味のある知見と言えます。

ただし、今回の対象は抗精子抗体陽性かつBV陽性という厳格な基準を満たす女性に限られており、原因不明不妊全体にそのまま当てはめられるものではありません。臨床現場では、抗精子抗体やBVのスクリーニングをどこまで日常診療に組み込むかという議論の材料として、今回の結果を位置づけることができます。

研究の強みと限界

本研究の強みは、二重盲検・要因配置というデザインにより、抗菌薬治療と免疫調整薬治療という2つの介入の効果を、同一集団の中で独立に評価できた点にあります。割付の隠蔽やプラセボの選定(低用量パラセタモール)にも工夫が凝らされており、方法論的な質は比較的高いといえます。

一方で限界もあります。第一に、この試験は主効果の検出を目的として設計されており、抗菌薬と免疫調整薬の組み合わせ効果や交互作用、安全性の群間比較を検出する検出力は十分ではありません。6つの治療群を比較した探索的な解析は、多重比較の調整後にはいずれも有意性を失っており、仮説を生成する段階の結果として位置づけられています。第二に、主要評価項目である臨床妊娠は、生児出生の代替指標にとどまり、今回の追跡期間では生児出生率まで確認できていません。第三に、抗精子抗体価そのものは治療後に再測定されておらず、BVの改善が抗精子抗体の低下を介して妊娠率上昇につながったという因果の連鎖は、推測の域を出ません。第四に、単一施設かつ厳格な適格基準による集団であるため、より多施設で対象を広げた検証が必要とされています。

おわりに

今回の試験は、原因不明不妊のうち抗精子抗体陽性かつ細菌性腟症を伴う女性において、複合抗菌薬治療に続く免疫調整薬治療が臨床妊娠率を有意に高めることを示しました。免疫調整薬としては、酢酸亜鉛がプレドニゾロンと同等の効果を持ちながら忍容性で優れていた点も注目されます。今回の知見は、生殖補助医療へのアクセスが限られる環境における段階的な治療戦略の一つの根拠となりうるものですが、生児出生率を含めたより大規模で多施設の検証が今後の課題として残されています。

参考文献

1. Maindo Alongo M, Batina Agasa S, Labama Otuli N, Juakali Sihakiyolo JJ, Missimbu Mayindu S, Ilongosi BA, Bamawa Bahaisi L, Ntokamunda Kadima J, Bosunga K. Efficacy of the combination of antimicrobial therapy with immunomodulators in the management of immunological female infertility due to anti-sperm antibodies associated with bacterial vaginosis during unexplained infertility: double-blind factorial randomised controlled trial. BMC Immunol 2026. doi:10.1186/s12865-026-00875-z.