目的:镉(Cadmium,Cd)作为常见的环境污染物,能通过氧化损伤和干扰内分泌系统等多种途径造成精子质量下降,是造成男性不育的原因之一。青春期雄性生殖系统正处于发育阶段,与性成熟阶段相比,其对Cd造成的损伤更为敏感。矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin-3-O-glucoside,C3G)作为日常膳食极易获取的抗氧化黄酮类物质,是拮抗Cd诱导的生殖毒性的潜在功能化合物。本课题主要通过给予青春期Cd暴露小鼠C3G膳食,在体内探讨C3G对Cd致青春期雄性生殖损伤的保护作用及其机制。方法:采用25日龄青春期雄鼠每天灌胃5.0 mg/kg·bw氯化镉造成生殖损伤,同时在饲料中添加500 mg/kg·diet C3G进行自由摄食干预,实验持续30 d直至小鼠性成熟。干预结束,分离血清、睾丸、附睾、精子、下丘脑及垂体,测定相关指标。(1)通过苏木素-伊红染色进行睾丸附睾组织学评价及睾丸生精上皮评分,采用计算机辅助精液分析系统测定精子的数量、畸形率、活率、活力及运动相关参数,采用试剂盒测定睾丸中乳酸脱氢酶及其同工酶表达,表征C3G干预对Cd致睾丸和精子损伤的保护作用。(2)通过免疫组化(Immunohistochemistry,IHC)、免疫荧光(Immunofluorescence,IF)及蛋白免疫印迹(Western Blot,WB)技术分析睾丸中血睾屏障相关蛋白的分布及表达,探索C3G干预和Cd暴露对小鼠血睾屏障的影响。(3)采用过碘酸-希夫碱染色对生精上皮周期进行分析,再通过IHC、IF、WB、实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR,qPCR)及酶联免疫吸附实验(Enzyme-linked immuno sorbent assay,ELISA)对精子变形过程中组蛋白-鱼精蛋白替换过程中的相关蛋白和基因进行分析、对组蛋白修饰进行表征,探讨C3G对Cd致生精阻滞的改善作用机制。(4)通过测定睾丸相关抗氧化酶含量或活力及脂质氧化终产物含量,评价C3G对睾丸抗氧化系统的保护作用。利用IF进行精子DNA损伤标志物测定、利用TUNEL荧光进行凋亡测定、利用WB对诱导睾丸细胞凋亡通路相关蛋白表达进行分析,探索C3G对氧化损伤介导的精细胞凋亡的保护作用机制。(5)采用ELISA测定血清中相关激素的含量,采用qPCR分析下丘脑合成促性腺激素释放激素的相关基因的表达和垂体及睾丸中相关激素受体基因表达,采用WB分析睾丸中睾酮合成通路相关蛋白含量,探讨C3G对镉致下丘脑-垂体-性腺轴紊乱的调控作用。结果:(1)与Cd损伤组相比,膳食摄入C3G显著提高了精子数量,改善精子活力及活率,有效地提高了精子质量。(2)青春期口服Cd暴露后,血睾屏障连接相关蛋白分布和表达正常,Cd暴露并未造成小鼠睾丸血睾屏障破坏。(3)青春期口服Cd暴露可通过组蛋白表观遗传异常修饰,进而导致组蛋白-鱼精蛋白替换阻滞,使得精子发生阻滞在精子变形期。而C3G干预可维持正常组蛋白修饰,有效缓解组蛋白-鱼精蛋白阻滞,使得精子变形过程顺利进行。(4)青春期Cd暴露造成的精子变形失败使得精子核容易受到Cd诱导的氧化应激所介导的DNA损伤,进而导致精细胞凋亡。而C3G可以显著改善睾丸的抗氧化系统,使得精子免受氧化损伤。(5)青春期Cd暴露会干扰下丘脑-垂体-性腺轴使得睾酮含量异常升高,而C3G可以通过调节下丘脑促性腺激素释放激素分泌、相关激素受体表达及睾酮合成通路以维持激素的正常水平,使得精子发生正常进行。结论:C3G可通过改善异常组蛋白修饰以缓解精子变形过程中的组蛋白-鱼精蛋白替换阻滞、改善睾丸抗氧化系统以使其免受氧化损伤介导的细胞凋亡、恢复下丘脑-垂体-性腺轴功能以维持正常性激素合成分泌,来拮抗青春期Cd暴露引起的生精障碍。本研究成果将为Cd污染地区采用日常膳食摄入花色苷改善Cd造成的青春期男性精子质量下降提供理论依据。