4-壬基酚暴露所致雄性生殖毒性及機制研究.pdf

1、第一部分4-壬基酚對雄性大鼠的生殖毒性及凋亡機制研究
　　目的：4-壬基酚(4-nonylphenol, NP)為一種典型的環(huán)境內分泌干擾物，具有擬機體雌激素樣活性，NP所誘導的雄性生殖毒性效應及其毒作用分子機制，是生殖毒理學領域界的研究熱點之一。睪丸組織細胞增殖-凋亡的動態(tài)平衡維持著睪丸正常結構、功能及其內環(huán)境的穩(wěn)定。本課題旨在研究NP暴露對成年大鼠附睪精子參數(shù)和睪丸組織結構的影響，同時，以成年期和青春期SD大鼠為受試對象，以睪

2、丸組織細胞的增殖-凋亡情況為研究主線索，從線粒體凋亡途徑和死亡受體凋亡途徑的角度，來探索NP致雄性生殖毒性的潛在發(fā)生機制。
　　方法:將24只50日齡處于成年期的雄性SD大鼠，隨機分成四組(每組6只):0、25、50和100 mg/kg NP組,每兩天腹腔注射一次，連續(xù)染毒20天；將24只35日齡處于青春期的雄性SD大鼠，隨機分成四組(每組6只):0、5、20和60 mg/kg NP組,每兩天腹腔注射一次，連續(xù)30天；采用計算機輔

3、助精液分析系統(tǒng)(CASA)分析大鼠附睪中精子各類參數(shù)；ELES A法測定血清FSH、LH、T水平和睪丸組織果糖含量；比色法檢測血清、睪丸組織SOD、GSH-Px活性及MDA含量；HE染色觀察大鼠睪丸組織形態(tài)結構的改變；熒光TUN E L法檢測大鼠睪丸組織細胞凋亡；免疫熒光法檢測大鼠睪丸組織Ki-67增殖指數(shù)；DHE熒光探針染色法觀察大鼠睪丸組織ROS水平；利用酶標儀定量測定大鼠睪丸組織超氧陰離子自由基(O2??)和過氧化氫(H2 O2)

4、含量；透射電鏡法觀察睪丸組織內細胞超微結構的改變，RT-PCR和Western blot方法檢測睪丸組織目的基因和蛋白的表達。
　　結果:100 mg/kg NP組與對照組比較，50日齡大鼠附睪精子VCL、VAP和A&B級精子數(shù)量組間差異顯著；與對照組比較，100 mg/kg NP組附睪精子畸形率明顯增加，且該組睪丸組織精曲小管退化明顯；100 mg/kg NP組血清FSH和LH顯著降低；50 mg/kg NP組和100 mg/k

5、g NP組的血清T、睪丸組織果糖含量均顯著降低；50 mg/kg NP組和100 mg/kg NP組睪丸組織ROS含量、O2??和H2O2含量均顯著增加；50 mg/kg NP組和100 mg/kg NP組血清和睪丸組織SOD及GSH-Px活性均顯著降低、MDA含量明顯增加；100 mg/kg NP組睪丸組織抗氧化基因SOD1、CAT、GPx和CYP1B1的mRNA表達顯著降低；100 mg/kg NP組睪丸組織精原細胞、初級精母細胞、

6、次級精母細胞、睪丸支持細胞(Sertoli cells, SCs)和睪丸間質細胞（Leydig cells）的細胞內結構有明顯改變，100
　　mg/kg NP組睪丸組織的細胞增殖指數(shù)明顯降低，細胞凋亡指數(shù)顯著增加。Western blot結果顯示，與對照組比較，50日齡50 mg/kg NP組和100 mg/kg NP組睪丸組織Bcl-2蛋白表達下調；Bax、Fas、FasL和p53蛋白表達均上調；35日齡20 mg/kg NP

7、組和60 mg/kg NP組睪丸組織Bcl-2蛋白表達均明顯降低；Apaf-1、Cytochrome c、Cleaved-caspase-3、Ba x、Fas、Fas L和p53蛋白表達均明顯上調。
　　結論:NP暴露可誘導SD大鼠機體和睪丸組織處于氧化應激狀態(tài)，引起睪丸組織細胞增殖-凋亡失衡，干擾機體生殖激素合成和睪丸組織能量代謝，這些都可能是NP誘導睪丸生精細胞異常和精子質量降低的作用機制。同時NP暴露后所激活的線粒體通路和死

8、亡受體通路，很可能參與NP致睪丸組織細胞凋亡的過程。
　　第二部分4-壬基酚致睪丸支持細胞凋亡、自噬和壞死及其分子機制研究
　　目的:Akt、AMPK、JNK和mTOR信號在生物機體內，廣泛參與調節(jié)細胞生長、增殖、分化、凋亡和自噬等生理及病理過程。睪丸支持細胞(Sertoli cell, SC)是生精小管內，唯一直接與生精細胞接觸的體細胞，其結構和功能的完整性對生精細胞的增殖和成熟有重要的作用，同時，SC為精子發(fā)生提供適宜的

9、微環(huán)境。本課題旨在研究NP暴露對原代大鼠SCs的影響；以Akt、AMPK、JNK和mTO R信號為切入點，對NP毒作用機制開展相關的探索性研究。
　　方法:采用不同終濃度的NP(5-60μM)染毒離體培養(yǎng)的SCs后，應用CCK-8法檢測SCs細胞活力；JC-1熒光探針檢測SCs細胞線粒體膜電位的改變；透射電鏡觀察SCs細胞超微結構的改變；流式細胞術檢測SCs細胞凋亡分布、周期變化和細胞內ROS含量；MDC熒光染色標記SCs細胞內自

10、噬囊泡；DCFH-DA熒光探針測定SCs細胞內ROS水平；細胞免疫熒光法觀察SCs細胞內目的蛋白的表達情況；ROS抑制劑NAC、自噬抑制劑3-MA分別對SCs的預處理，接著SCs暴露于NP，進而觀察細胞凋亡和細胞自噬的發(fā)生情況；RT-PCR和Western blot方法檢測SCs目的基因和蛋白的表達。
　　結果:與對照組比較，≥20μM NP染毒SCs24 h后，其細胞活力顯著降低；20μM和30μM NP誘導細胞G2/M期周期阻

11、滯、細胞線粒體膜電位降低、細胞內ROS蓄積；導致細胞凋亡和壞死；促發(fā)細胞發(fā)生細胞自噬；與此同時，SCs抗凋亡蛋白Bcl-2和Mcl-1的蛋白表達均降低，促凋亡蛋白Bax、Bad和Bim的蛋白表達表達均增加，Cytochrome c、Apaf-1和Cleaved-caspase-3蛋白均高表達，細胞周期調控蛋白P21、P27、Cyclin D1、Cyclin A和Cyclin B1表達改變異常，MDC標記的陽性細胞數(shù)顯著的增加，自噬標志性

12、蛋白Beclin-1蛋白表達、LC3-II/LC3-I蛋白表達比值均顯著增加；此外，20μM和30μM NP分別染毒SCs6 h、12 h和24 h后，Thr172p-AMPK/AMPK和 Thr183/185p-JNK/JNK蛋白表達均上調，Bax、Cleaved-caspase-3、Cytochrome c和Beclin-1蛋白表達及LC3-II/LC3-I蛋白表達比值均上調，Ser473p-Akt/Akt、T hr1462p-TS

13、C2/TSC2、Ser2448p-mTOR/mTO R、Thr389p-p70S6K/p70S6K和Thr37/45p-4EBP1/4EBP1蛋白表達比值均顯著降低；ROS抑制劑NAC預處理SCs后，可有效的抑制NP致細胞內ROS過量產生，與此同時，NP致SCs發(fā)生細胞自噬、凋亡和壞死的能力被有效地抑制，NP所誘導的AMPK、Akt、JNK和mTOR/p70S6K/4EBP1信號的異常改變亦被有效地逆轉。自噬抑制劑3-MA對SCs的預處

14、理，可抑制NP促細胞自噬的能力，與此同時，NP促細胞凋亡和壞死的能力進一步增強，此外，NP所誘導的AMPK、JNK和mTOR/p70S6K/4EBP1信號異常改變亦被逆轉。
　　結論:NP對SCs具有細胞毒性；NP誘導細胞產生的過量ROS很可能是導致細胞發(fā)生自噬、凋亡和壞死的上游信號分子；NP暴露促發(fā)細胞自噬發(fā)生這一過程很可能是SCs在接受外界環(huán)境的刺激或處于氧化應激狀態(tài)時的一種自我保護機制；ROS-Akt信號很可能參與NP致SC

15、s發(fā)生細胞凋亡的過程；ROS-JNK信號和ROS-AMPK-mTOR信號通路很可能參與NP致SCs發(fā)生細胞自噬的過程。
　　第三部分4-壬基酚誘導睪丸支持細胞發(fā)生自噬及其AM PK-mTOR信號調控機制
　　目的：本課題擬通過體內研究，觀察NP染毒SD成年大鼠后，其睪丸組織SCs是否發(fā)生細胞自噬。同時，結合體內和體外研究，以AMPK-mTOR信號通路為研究主線，研究AMPK-mTOR信號是否參與調控SCs細胞自噬發(fā)生的過程，

16、并驗證NP所激活的AMPK信號介導mTOR/p70S6K/4EBP1信號級聯(lián)反應。
　　方法:將24只處于成年期(50日齡)雄性SD大鼠隨機分成四組(每組6只):對照組及25、50和100 mg/kg三個NP染毒組；體外培養(yǎng)原代SCs，根據(jù)是否暴露于NP分為對照組和NP染毒組(10、20和30μM)；采用AMPK特異性抑制劑Compound C、AMPK特異性激動劑AICAR和AMPK siRNA分別與NP聯(lián)用干預處理SCs；CC

17、K-8法檢測細胞活力；透射電鏡觀察睪丸組織SCs自噬發(fā)生的情況；細胞免疫熒光法觀察細胞內目的蛋白的表達情況；RT-PCR和Western blot方法檢測目的基因和蛋白的表達。
　　結果:50 mg/kg和100 mg/kg NP染毒大鼠后，可促發(fā)其睪丸組織SCs自噬的發(fā)生；與對照組比較，50 mg/kg和100 mg/kg NP染毒組睪丸組織Beclin-1、Atg3、Atg5、Atg7和Atg12 mRNA表達均顯著增加，同時

18、，睪丸組織Beclin-1蛋白表達和LC3-II/LC3-I蛋白表達比值亦顯著增加；25、50、100 mg/kg NP染毒組與對照組比較，睪丸組織LKB1、AMPK、TSC2、TSC1、Rheb、mTOR、4EBP1、S6K和 p70S6K mRNA表達組間差異顯著；與對照組比較，50、100 mg/kg NP染毒組睪丸組織 Thr172p-AMPKα/AMPKα蛋白表達比值均上調，同時，Thr1462p-TSC2/TSC2、Ser2

19、448p-mTOR/mTO R、Thr389p-p70S6K/p70S6K和 Thr37/45p-4EBP1/4EBP1蛋白表達比值均下調；體內研究結果基本與體外研究結果一致。Compound C和AMPK siRNA分別與NP聯(lián)合處理SCs，可有效地抑制NP促細胞自噬的能力，與此同時，也有效地逆轉了NP所誘導的TSC2/mTOR/p70S6K/4EBP1信號通路關鍵蛋白的異常表達。AICAR與NP聯(lián)合處理SCs，可加劇NP誘導細胞自噬