LanCL1蛋白在氧化应激诱导的雄性不育中的作用与机理研究

The incidence of the acquired male infertility is rising yearly. Numerous studies have demonstrated a close relationship between oxidative stress and the acquired male infertility. However, researches on its pathogenesis and clinical treatment progress slowly. Lack of proper animal models is one of the important reasons. LanCL1 is a GSH-binding protein. Recently, we have first reported its biological functions, and found that LanCL1 is an enzyme highly expressed in brain and testis. Its expression in brain is essential for neuronal oxidative defense, but its biological functions in testis still remain unknown. Before, we found fewer infant mice in LanCL1 heterozygous mice (LanCL1+/-) mating groups, compared to the control ones. This indicates that loss of LanCL1 affects the functions of mouse testis. Therefore, we will further study whether male LanCL1 knockout mice will show symptoms of acquired infertility, and verify the relationship between the phenotype and oxidative stress. We will identify the biological functions of LanCL1 in testis to understand more about the oxidative defense mechanism of spermatozoa, and to establish a new age-dependent, oxidative stress-induced animal model for male infertility.

近年来，后天性男性不育的发病率正逐年攀升。大量研究表明，氧化应激与后天性男性不育之间有密切的关联。但是，有关其发病机理及临床治疗的研究，却进展缓慢。其中，缺乏很好的疾病动物模型是一个重要的因素。LanCL1是一个GSH结合蛋白。近期，我们首次报道了它的生物学功能，发现LanCL1是一个在小鼠大脑和睾丸中高表达的蛋白酶类，且对神经元氧化防御过程是必需的，但它在睾丸中的生物学功能是不清楚的。前期，我们发现LanCL1杂合小鼠（LanCL1+/-）交配后，新生小鼠的数量明显的少于对照小鼠交配组。暗示LanCL1蛋白的缺失，会影响小鼠正常的生育。在此基础上，本研究将进一步明确雄性LanCL1敲除小鼠是否会出现后天不育的症状，同时验证其与氧化应激之间的关系，从而鉴定LanCL1蛋白在睾丸中的生物学功能，加深对精细胞氧化防御机制的理解，以期建立全新的、氧化应激诱导的、年龄依赖性的男性不育症动物模型。

近年来，不孕不育正不断的演变为一个全球性的医学问题，超过15%的夫妇面临着这一困扰，而这其中雄性不育的比例占到了50%。已有证据表明，在50%－80%的雄性不育患者中，均发现有活性氧（Reactive oxygen species, ROS）关联的精子损伤，比如脂质、蛋白质或核酸的氧化损伤，或者线粒体的功能障碍。因此，寻找和研究在睾丸精子发生过程中对细胞氧化还原平衡至关重要的基因，对于雄性不育的临床治疗具有重要的指导作用。LanCL1作为一个在睾丸和大脑中高表达的蛋白，前期我们已证明其在小鼠大脑氧化防御中的重要作用，但是其在睾丸中是的生物学功能是不清楚的。本研究旨明确LanCL1蛋白在小鼠睾丸时空表达特性的基础上，利用LanCL1敲除小鼠来研究其对小鼠精子发生过程中氧化防御的影响，及其与雄性不育的关系。通过研究，我们发现LanCL1蛋白在小鼠出生后即开始表达，且主要集中在间质细胞和精细胞系中。LanCL1缺失以后成年小鼠睾丸的形态无明显异常，但雄性LanCL1敲除小鼠的生育能力明显的低于野生型小鼠。究其原因，主要是由于LanCL1敲除小鼠中精子发生出现了明显的异常。一方面，我们发现敲除小鼠精子发生的起始明显的早于对照小鼠，另一方面，性成熟的敲除小鼠睾丸中圆形精子细胞和成熟精子明显的少于对照小鼠，并且伴随着大量的细胞凋亡的发生。鉴于LanCL1抗氧化的特性，我们进一步检测了敲除小鼠睾丸中氧化应激发生的情况，发现LanCL1缺失以后会导致小鼠睾丸中出现明显的氧化损伤。以上结果表明，LanCL1缺失以后会导致小鼠睾丸氧化应激的发生，进而诱导精细胞的凋亡，并最终的影响了雄性小鼠精子发生的过程，造成雄性敲除小鼠生育能力的低下。我们的研究鉴定一个在精子发生过程中维持氧化还原平衡的一个关键分子，加深对精细胞氧化应激保护机制的理解，并且建立一种后天性男性不育疾病小鼠动物模型。