T-2毒素对小鼠睾丸的炎性损伤作用及ROS/NLRP3炎性小体活化的调控机制

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T-2毒素可损伤雄性生殖功能,降低雄性小鼠生育力,但机制尚不明确。睾丸炎性损伤是导致雄性生殖功能障碍的核心机制,ROS介导的NLRP3炎性小体活化在炎性反应中发挥关键调节作用,但T-2毒素是否通过ROS介导的NLRP3炎性小体活化,诱导睾丸炎性损伤,导致雄性生殖功能障碍尚不清楚。本研究以睾丸炎性损伤、ROS和NLRP3炎性小体活化三者之间的关系为理论基础,以“T-2毒素导致睾丸炎性损伤并受ROS/NLRP3炎性小体活化的调控”为理论假说和研究切入点,拟展开以下三个方面研究。(1)首先选取80只雄性昆明小鼠,随机等分成四组,分别灌胃给与0(对照组,CG)、0.5(低剂量组,LG)、1(中剂量组,MG)和2 mg/kg B.W.(高剂量组,HG)的T-2毒素,试验周期为28 d,建立亚急性T-2毒素中毒小鼠模型。通过检测雄性小鼠生育力、睾丸结构(显微结构、超微结构、细胞凋亡和血睾屏障)和睾丸功能(精子发生和睾酮合成)、睾丸炎性反应、睾丸中ROS含量和NLRP3炎性小体关键因子的表达,探究T-2毒素对睾丸损伤、睾丸炎性反应和ROS/NLRP3炎性小体活化的影响;(2)而后以TM4细胞(小鼠支持细胞系)为受试对象,测定T-2毒素对TM4细胞的半数抑制浓度(IC50),依此确定后续细胞毒性实验中T-2毒素的适宜剂量;分别以终浓度为0、2(1/4 IC50)、4(1/2 IC50)或6 nM(3/4 IC50)的T-2毒素处理TM4细胞,建立T-2毒素中毒细胞模型,检测TM4细胞的活性和凋亡率、细胞功能标志性因子(Ocln、ZO-1、Cx-43和N-cad)的表达、炎性反应、ROS含量和NLRP3炎性小体关键因子的表达,分析确定T-2毒素与TM4细胞炎性损伤和ROS/NLRP3炎性小体活化的剂量-效应关系,并筛选出后续干预实验的T-2毒素剂量;(3)最后依据TM4细胞活性试验,分别筛选出ROS清除剂(NAC)和NLRP3炎性小体活化抑制剂(MCC950)的适宜干预剂量;使用5 mM的NAC和20 nM的MCC950分别联合T-2毒素(4 nM)干预TM4细胞,验证ROS/NLRP3炎性小体活化在T-2毒素致TM4细胞炎性损伤中的作用。综合分析体内、外试验结果,筛选出T-2毒素致雄性生殖障碍的靶点。实验结果如下:(1)T-2毒素处理雄性小鼠试验结果:1)雄性小鼠生育力:各毒素处理组小鼠体重显著低于CG(P<0.05;P<0.01);与CG相比,HG小鼠的交配指数和繁育指数显著降低(P<0.05);与MG和HG小鼠交配的雌鼠胚胎着床数、活胎数极显著低于CG(P<0.01),而发生胎儿溶解的雌鼠数量显著增加(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素中毒抑制小鼠生长,破坏雄性小鼠生育力。2)睾丸结构:HG小鼠睾丸重量和体积极显著低于CG(P<0.01);T-2毒素处理小鼠睾丸的显微结构和超微结构均受损;TUNEL染色显示,T-2毒素暴露导致睾丸组织中生精细胞、间质细胞和支持细胞均发生细胞凋亡;MG和HG睾丸组织中血睾屏障相关蛋白(Ocln、Cx-43、N-Cad和ZO-1)的基因和蛋白表达显著低于CG(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素破坏血睾屏障损伤,引起睾丸结构损伤。3)睾丸功能:MG和HG睾丸每日精子生成量和附睾尾精子密度显著低于CG(P<0.05,P<0.01),精子畸形率显著高于CG(P<0.05,P<0.01),精子超微结构破坏,表明T-2毒素导致精子发生障碍;各毒素处理组血清中睾酮含量显著低于CG(P<0.05;P<0.01),MG和HG睾丸中睾酮合成酶(St AR、P450scc、P450c17、3β-HSD和17β-HSD)的表达显著低于CG(P<0.05,P<0.01),表明T-2毒素导致小鼠睾酮合成障碍。4)睾丸炎性反应:各毒素处理组血清中IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α含量显著高于CG,IL-10含量显著低于CG(P<0.05;P<0.01);各毒素处理组睾丸中IL-6和TNF-α的含量和m RNA表达显著高于CG,IL-10的含量和m RNA表达显著低于CG(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素导致睾丸炎性反应。5)NLRP3炎性小体活化:MG和HG睾丸中NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β、IL-18基因和蛋白表达及IL-1β、IL-18含量显著高于CG(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素活化睾丸中NLRP3炎性小体。6)ROS蓄积:MG和HG小鼠睾丸组织中ROS和MDA含量极显著高于CG(P<0.01),而CAT和SOD活性极显著低于CG(P<0.01),表明T-2毒素导致睾丸中ROS蓄积和氧化应激。(2)T-2毒素处理TM4细胞试验结果如下:1)T-2毒素对TM4细胞的IC50为8.10 nM。2)4 nM和6 nM组TM4细胞活性、细胞标志性因子(Ocln、ZO-1、Cx-43和N-cad)表达显著低于0 nM组(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素破坏TM4细胞功能。3)T-2毒素处理组TM4细胞的凋亡率极显著高于0 nM组(P<0.01),表明T-2毒素诱导TM4细胞凋亡。4)4 nM和6 nM组TM4细胞培养上清中IL-6和TNF-α含量显著高于0 nM组,IL-10含量极显著低于0 nM组(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素诱导TM4细胞发生炎性反应。5)4 nM和6 nM组TM4细胞中NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β和IL-18的表达,培养上清中IL-1β和IL-18含量均显著高于0 nM组(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素活化TM4细胞中NLRP3炎性小体。6)各毒素处理组TM4细胞中ROS和MDA含量显著高于0 nM组,SOD和CAT活性显著低于0 nM组(P<0.05;P<0.01),表明T-2毒素导致TM4细胞ROS蓄积和氧化应激。(3)NAC和MCC950分别联合T-2毒素处理TM4细胞试验结果:1)5 mM NAC或20 nM MCC950可显著缓解T-2毒素导致的TM4细胞活性降低、细胞标志性因子(Ocln、ZO-1、Cx-43和N-cad)m RNA表达的抑制和细胞凋亡(P<0.05;P<0.01)。2)5 mM NAC或20 nM MCC950可显著缓解T-2毒素导致的培养上清中IL-6和TNF-α含量升高、IL-10含量降低(P<0.05;P<0.01),表明干预ROS或NLRP3炎性小体活化可缓解T-2毒素导致TM4细胞炎性反应。3)5 mM NAC或20 nM MCC950可显著缓解T-2毒素导致的TM4细胞中NLRP3、ASC、Caspase-1、IL-1β和IL-18的表达升高、培养上清中IL-1β和IL-18含量升高(P<0.05;P<0.01),表明干预ROS或NLRP3炎性小体活化均可缓解T-2毒素导致的NLRP3炎性小体活化。4)5 mM NAC可显著缓解T-2毒素导致的ROS蓄积,但20 nM MCC950不能缓解ROS蓄积,表明ROS介导了NLRP3炎性小体活化。综上所述,T-2毒素可导致睾丸和TM4炎性损伤,并受ROS介导的NLRP3炎性小体活化的调节;睾丸炎性损伤表现为睾丸结构(显微结构、超微结构、血睾屏障损伤及细胞凋亡)损伤及功能(精子发生和睾酮合成)障碍;TM4炎性损伤表现为细胞活性下降、细胞凋亡和功能标志性因子表达降低。
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