生命早期暴露PM2.5对雄性大鼠生殖毒性的跨代影响及抑制素基因甲基化的作用机制研究

PM2.5 is of male reproductive toxicity. However, the transgenerational effect and mechanism of PM2.5 on male reproductive toxicity in early life stage is not clear. Sertoli cells secrete androgen binding protein to maintain the concentration of testosterone in the testes and regulate the development and maturation of spermatogenic cells. Inhibin in the male is mainly secreted by Sertoli cells. It can regulate the apoptosis of Sertoli cells. Studies shown that exposure to PM2.5 during pregnancy could change the methylation of genes and reduce the level of the expression of inhibin. Therefore-, we get a hypothesis that the methylation of inhibin is the key role of PM2.5 on male reproductive toxicity in early life stage. In this study, rats and Sertoli cells will be used to study the outcomes and the structure of testis, the development of spermatogenic cells, the quantity and quality of sperm, inhibin, androgen binding protein of F0, F1 and F2 rats after exposure to PM2.5 in early life stage. To further study the methylation of inhibin, by the inhibitor of methylation, the relationship between the methylation of inhibin and cell cycle, apoptosis, androgen binding protein of Sertoli cells will be checked. The regulation effect of the methylation of inhibin in this process will be clarify. The transgenerational effect and mechanism of PM2.5 on male reproductive toxicity in early life stage will be revealed. Our research will offer data for the prevention and treatment of male reproductive health diseases.

PM2.5暴露具有雄性生殖毒性，但生命早期暴露PM2.5对雄性生殖的跨代影响及机制不清楚。支持细胞分泌雄激素结合蛋白，用以维持睾丸中睾酮的浓度，调控生精细胞的发育和成熟。抑制素在雄性体内主要由支持细胞分泌，并调控支持细胞的凋亡。研究发现PM2.5孕期暴露能改变基因的甲基化，降低抑制素水平。因此本项目假设抑制素基因甲基化是调控PM2.5生命早期暴露致雄性生殖毒性的关键因素。拟以大鼠和支持细胞为模型，研究PM2.5生命早期暴露对F0、F1、F2代大鼠生殖结局、睾丸结构、生精细胞的发育、精子的数量和质量、抑制素及雄激素结合蛋白的影响；进一步研究暴露对抑制素基因甲基化的影响，并通过甲基化抑制剂验证抑制素基因甲基化改变与细胞周期、细胞凋亡及雄激素结合蛋白的关系。明确抑制素基因甲基化在此过程中的调控作用，揭示生命早期暴露PM2.5对雄性生殖毒性的跨代影响及机制，为防治男性生殖健康疾病提供基础研究数据。

本研究采用动物实验和体外细胞实验相结合的方式，探讨了生命早期暴露PM2.5对雄性生殖功能的跨代影响及抑制素基因甲基化的作用机制。动物实验通过生命早期暴露PM2.5后连续观察三代子代出生结局及性成熟期精子质量发现，生命早期暴露PM2.5主要降低F1代大鼠的存活率、出生体重、身长、尾长，且存在剂量依赖效应，对产子数无影响；主要影响F1代初级精母细胞和精子细胞的发育，降低F1代的精子数量和质量，增加F1代的精子畸形；在F2代仅观察到精子浓度的下降，其他指标在F2、F3代没有观察到显著的影响；对F1、F2、F3代睾丸指数均无影响。这些结果说明生命早期暴露PM2.5对雄性生殖功能的影响主要体现在F1代。进一步研究发现生命早期暴露PM2.5后激活F1代体内氧化应激和未折叠蛋白反应，影响F1代支持细胞的成熟，减少F1代体内的抑制素和睾酮分泌，降低雄激素结合蛋白的表达，升高抑制素B启动子区域CPG岛的甲基化水平，增加睾丸组织内的细胞凋亡。在体外研究中结合甲基化抑制剂进行验证发现PM2.5暴露通过升高抑制素基因甲基化，引起支持细胞的细胞周期阻滞、增加支持细胞的细胞凋亡。这些说明生命早期暴露PM2.5暴露通过升高子代雄性小鼠抑制素B基因甲基化，降低抑制素的分泌，影响支持细胞的成熟、引发支持细胞的细胞周期阻滞和凋亡，引起子代雄性生殖毒性。该研究阐述了生命早期暴露PM2.5的跨代生殖毒性，并从分子层面揭示了抑制素基因甲基化在其中的调控机制。这为大气污染的治理和长远防治男性生殖能力下降提供了科学依据，具有重要的现实意义。