缝隙连接蛋白43在番茄红素拮抗DEHP致小鼠睾丸毒性中的作用

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邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(DEHP)是一种常见的内分泌干扰物,通常作为增塑剂在制造各种聚氯乙烯(PVC)产品中使用,其在环境中广泛分布。DEHP环境蓄积效应会造成男性生殖器官损伤和功能障碍,干扰生精过程,从而导致不良妊娠结局。番茄红素(LYC)是一种被国际认可的食源性营养素,被誉为“植物黄金”和“二十一世纪保健制品的新宠”,因其天然的抗氧化特性而成为男性不育症潜在治疗药物。为了探讨LYC在DEHP致小鼠睾丸损伤中的作用及其潜在机制,本试验的体内实验部分以21日龄的雄性ICR小鼠为受试对象,随机分成7组,分别为空白对照组(Con)、溶媒对照组(Vcon)、LYC对照组(5 mg/kg LYC)、DEHP低剂量组(50 mg/kg DEHP)、DEHP中剂量组(200 mg/kg DEHP)、DEHP高剂量组(500 mg/kg DEHP)、LYC干预组(5 mg/kg LYC+500 mg/kg DEHP),灌胃处理28天后,观察小鼠临床状况、生殖器形态学、血清性激素水平、DEHP及其代谢产物含量、精子相关参数、氧化应激和抗氧化功能的改变、以及精子发生、睾酮合成和血睾屏障的相关指标改变。为了进一步探讨LYC在DEHP及其主要代谢产物邻苯二甲酸单-(2-乙基己基)酯(MEHP)致小鼠睾丸损伤中的作用及其潜在机制,本试验的体外部分以小鼠睾丸精原细胞系(GC-1)、小鼠睾丸间质细胞系(TM3)、小鼠睾丸支持细胞系(TM4)和小鼠原代支持细胞为研究对象。首先将GC-1、TM3和TM4三种细胞系分别分为6组,空白对照组(Con)、LYC对照组(1μM LYC)、MEHP低剂量组(50μM MEHP)、MEHP中剂量组(100μM MEHP)、MEHP高剂量组(200μM MEHP)、LYC干预组(1μM LYC+200μM MEHP)。随后,分别检测GC-1、TM3和TM4三种细胞系精子发生、睾酮合成和分泌功能的相关因子变化,并且同时观察这三种细胞系的超微结构、细胞活率、凋亡水平、氧化应激水平、抗氧化功能、线粒体膜电位、线粒体膜通透性转运孔道、细胞连接和细胞迁移能力的改变。最后在培养体系中进行质粒Cx43过表达载体和Cx43 si RNA(si Cx43)转染,将TM4和原代支持细胞分别分为8组,空载体对照组(NC+Con)、Cx43过表达组(Cx43+Con)、MEHP组(NC+200μM MEHP)、Cx43过表达和MEHP组(Cx43+200μM MEHP);si RNA对照组(si NC+Con)、si Cx43组(si Cx43+Con)、LYC干预组(si NC+1μM LYC+200μM MEHP)、si Cx43和LYC干预组(si Cx43+1μM LYC+200μM MEHP),分别检测细胞划痕和细胞电阻的变化。研究结果表明:(1)LYC缓解DEHP诱导的小鼠体重、进食量、肛殖距和睾丸脏器系数降低。表明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠生长发育障碍。(2)LYC降低小鼠睾丸里DEHP的主要代谢产物(MEHP)和次级代谢产物(MEHHP、MEHOP和2cx MMHP)的含量,并且在DEHP处理组的所有代谢产物中MEHP含量远远高于其他代谢产物。表明LYC能够减少小鼠睾丸组织里DEHP代谢产物的积累从而达到降低DEHP毒性效应的作用。(3)LYC缓解DEHP诱导的小鼠睾丸组织生精细胞的结构损伤,精子DNA和蛋白损伤、活性下降、畸形率增加、运动能力和穿透卵丘颗粒细胞能力下降,精子发生(DDX25、CRM1、HMGB2和PGK2)、顶体发生(DPY19L2)和鞭毛结构(AKAP4)相关蛋白水平下降。表明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠睾丸生精障碍。(4)LYC抑制DEHP诱导的小鼠睾丸组织间质细胞结构损伤,类固醇激素生物合成和代谢紊乱,血清性激素水平改变,睾酮合成酶(STAR、P45017α、P450scc、3β-HSD和17β-HSD)和孤儿核受体(SF1、TR4、Nur77、DAX1和SHP)蛋白水平改变。表明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠睾丸睾酮合成能力下降。(5)LYC缓解DEHP诱导的小鼠睾丸组织支持细胞结构损伤,分泌功能相关蛋白(AR、ABP、FSHR和Tf)水平紊乱,血睾屏障的结构和功能损伤,外质特化(Integrinβ1、N-cadherin、E-cadherin、α-catenin、β-catenin和γ-catenin)、紧密连接(Claudin 5、Claudin 11、ZO-1和Occludin)、缝隙连接(Cx43和P-Cx43)相关蛋白水平改变。表明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠睾丸血睾屏障破坏。(6)LYC缓解DEHP诱导的小鼠睾丸组织氧化应激产物增加和抗氧化酶活性下降,谷胱甘肽代谢紊乱。表明LYC能够通过激活抗氧化酶和谷胱甘肽系统拮抗DEHP导致的小鼠睾丸组织氧化应激,同时也是预防小鼠睾丸生精障碍的保障。(7)LYC抑制MEHP诱导的GC-1细胞的细胞活率下降,超微结构损伤,凋亡水平增加,细胞和线粒体内ROS的增加,脂质过氧化物的产生,抗氧化酶活性的下降,线粒体膜电位下降,线粒体通透性转换孔损伤,精子发生(TDRD1、DDX25、CRM1、HMGB2和PGK2)、顶体发生(DPY19L2)和鞭毛结构(AKAP4和CFAP44)相关蛋白水平下降,细胞骨架形态结构紊乱并且表达水平下降,细胞迁移能力下降,细胞连接相关蛋白水平改变。表明LYC能够缓解MEHP诱导的GC-1细胞结构和功能损伤,进一步说明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠睾丸生精障碍。(8)LYC抑制MEHP诱导的TM3细胞的凋亡水平增加,细胞活率下降,超微结构损伤,细胞内ROS增加,脂质过氧化物的产生,抗氧化功能的下降,线粒体膜电位下降,线粒体通透性转换孔损伤,睾酮合成酶(STAR、P45017α、P450scc、3β-HSD和17β-HSD)和孤儿核受体(SF1、TR4、Nur77、DAX1和SHP)蛋白水平改变,细胞骨架形态结构紊乱并且表达水平下降,细胞迁移能力下降,细胞连接相关蛋白水平改变。表明LYC能够保护MEHP诱导的TM3细胞结构和功能损伤,进一步说明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠睾丸睾酮合成能力下降。(9)LYC缓解MEHP诱导的TM4细胞的超微结构损伤,细胞活率下降,凋亡水平、细胞内ROS和脂质过氧化物增加,抗氧化酶活性减少,线粒体膜电位下降,线粒体通透性转换孔受损,分泌功能相关蛋白(AR、ABP、FSHR和Tf)水平下降,细胞骨架形态结构紊乱并且表达水平下降,细胞迁移能力下降,细胞连接相关通路紊乱,外质特化(N-cadherin、E-cadherin、α-catenin、β-catenin和γ-catenin)、紧密连接(Claudin 5、ZO-1和Occludin)、缝隙连接(Cx43和P-Cx43)相关蛋白水平紊乱。表明LYC能够抑制MEHP诱导的TM4细胞结构和功能损伤,进一步说明LYC能够拮抗DEHP导致的小鼠睾丸血睾屏障破坏。(10)过表达Cx43缓解MEHP诱导的TM4细胞迁移能力下降和原代支持细胞血睾屏障功能受损;敲低Cx43能够抑制LYC对MEHP诱导的TM4细胞迁移能力下降和原代支持血睾屏障功能受损的保护作用。表明LYC能够通过调节Cx43拮抗DEHP导致的小鼠血睾屏障破坏。综上所述:DEHP可诱发睾丸组织生精障碍、睾酮合成下降和血睾屏障破坏。LYC减少睾丸组织里DEHP代谢产物的积累,拮抗DEHP引起的睾丸毒性作用,通过调节Cx43缓解DEHP诱导的血睾屏障破坏。本研究证明LYC能够有效的拮抗环境持久性有机污染物对雄性生殖的毒性作用,为医学及兽医临床中雄性生殖毒性的防治提供新的靶点,并且为有效的保障畜禽生产和繁殖提供了新的思路。
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