ROS介导的MAPK通路在汽车尾气来源的PM2.5致雄性生精功能障碍中的作用及机制研究

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目的:探究PM2.5暴露导致氧化应激损伤,进而通过调控MAPK通路,破坏血睾屏障完整性,导致生精功能障碍的机制,以期阐明PM2.5暴露导致男性生殖功能损伤及不育的原因和分子机制。方法:收集汽车尾气来源的细颗粒物(PM2.5),构建PM2.5暴露的SD大鼠模型和睾丸支持细胞(Sertoli cell)原代培养体系。第一部分(体内研究):采用清洁级6周龄SD雄鼠(180-200g)随机分为3组。第一组(对照组):0.9%生理盐水气管插管灌注作为对照;第二组(PM2.5暴露组):PM2.5按20mg/kg.b.w气管插管灌注;第三组(干预组):PM2.5按20mg/kg.b.w气管插管灌注,同时予以维生素C 100mg/kg.b.w及维生素E 50mg/kg.b.w灌胃。连续6日,停隔1日,连续处理4周。暴露结束后先行合笼实验,了解生殖功能下降情况,后取睾丸及附睾组织予以形态学和精子质量检测,蛋白免疫印迹(Western blot,WB)和激光共聚焦检测睾丸组织中构成血睾屏障的关键连接蛋白(包括ZO-1、Occludin、β-catenin和Cx43)的表达和定位变化;同时检测睾丸组织中过氧化物、凋亡相关因子表达变化,以及MAPK信号通路活性改变。探究MAPK通路在汽车尾气来源PM2.5致雄性生殖功能障碍中的作用。第二部分(体外研究):采用20日龄SD雄性幼鼠,建立原代培养Sertoli细胞体系,观察细胞形态,行细胞鉴定,利用CCK8实验选出不伤害细胞活力PM2.5浓度及暴露时间,然后随机分为六组,第一组(对照组):细胞不加任何处理;第二组(暴露组)PM2.5按50ug/ml加入细胞培养基;第三组(干预组)PM2.5按50ug/ml加入细胞培养基,同时培养基中加入维生素C 100ug/ml及维生素E 50ug/ml;第四至六组(MAPK抑制剂组):PM2.5按50ug/ml加入细胞培养基,同时分别加入p38、JNK、ERK的抑制剂于培养基。各组均连续干预24小时。检测Sertoli细胞中氧化应激及凋亡指标变化,WB及激光共聚焦检测Sertoli细胞中构成血睾屏障的连接蛋白(包括ZO-1、Occludin、N-cadherin、β-catenin),以及细胞骨架蛋白F-actin的表达变化;对比加入MAPK途径抑制剂后,Sertoli细胞MAPK信号通路及下游信号因子Nrf2的表达变化。进一步验证MAPK通路在PM2.5致雄性生殖功能障碍的作用机制。结果:第一部分:汽车尾气来源的PM2.5暴露导致睾丸精曲小管形态结构异常,精子的数量减少,畸形率增加,雄性生殖功能明显障碍。PM2.5暴露引发睾丸组织氧化应激反应,致使组成血睾屏障的链接蛋白(如ZO-1、Occludin、β-catenin和Cx43)表达量显著降低,破坏血睾屏障完整性,影响精子的正常生成。PM2.5暴露以后,激活ROS-MAPK-Nrf2信号通路,睾丸细胞凋亡增加,造成生殖功能障碍。与暴露组比较,维生素干预组精子数量明显增加,精子畸形率明显降低,构成血睾屏障的关键蛋白表达增加,睾丸组织氧化应激反应明显减轻,MAPK信号通路被显著抑制,睾丸细胞凋亡明显减少。第二部分:汽车尾气来源的PM2.5暴露引起Sertoli细胞氧化应激反应,细胞凋亡增加;构成血睾屏障连接蛋白(如ZO-1、Occludin、N-cadherin、β-catenin)表达明显下降,细胞骨架蛋白F-actin的排列异常紊乱,PM2.5暴露显著激活MAPK信号通路,加入P38、JNK、ERK通路抑制剂后,MAPK通路不同程度受抑制,使下游Nrf-2表达增加。与暴露组比较,维生素干预组Sertoli细胞氧化应激反应明显减轻,血睾屏障连接蛋白表达量明显增加,细胞骨架蛋白F-actin排列顺序逐渐恢复。结论:汽车尾气来源的PM2.5暴露能够导致雄性生殖功能障碍,其与PM2.5暴露造成Sertoli细胞氧化应激反应,激活ROS-MAPK-Nrf-2途径,导致Sertoli细胞凋亡增加,进而破坏血睾屏障完整性,影响精子的正常生成密切相关。联合维生素C和维生素E可减轻PM2.5暴露导致的Sertoli细胞氧化应激反应,抑制MAPK途径,恢复细胞的抗氧化能力,重塑血睾屏障,恢复雄性生精功能。
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