PINK1介导的线粒体自噬在BaP致精子活力降低中的作用与机制研究

Benzo[a]pyrene (BaP) is an important environment organic pollutant and poses a great threat to male reproductive health. Previous studies focused on BaP-induced effects of male reproductive toxicology. Thus, the mechanism researches of BaP-induced male reproductive toxicology need be in-depth and comprehensive. Sperm motility is a determinant indicator of semen quality and male fertility. Our precious research found that BaP can cause significant decreases in sperm motility and motion parameters of male experimental animals, and mitochondrial loss in sperm might be an important factor. Further studies demonstrated that BPDE, the active metabolite of BaP, activated obviously mitophagy in spermatogenic cells, and PINK1, an important mediator of mitophagy, aggregated in the outer mitochondrial membrane. These results revealed that PINK1-mediated mitophagy might be involved in BaP-induced mitochondrial loss, causing a decrease in sperm motility. Therefore, the present study plan to investigate the roles and molecular mechanisms of PINK1-mediated mitophagy in BaP-induced mitochondrial loss in spermatogenic cells and decrease in sperm motility using PINK1-knockout cell model and in vivo experimental models. Thus mitophagy and mitochondrial loss in spermatogenic cells will provide a new clue for BaP-induced male reproductive toxicology.

苯并[a]芘（BaP）是一种重要的环境有机污染物，具有明确的雄性生殖毒性。然而目前国内外相关的研究主要停留在效应观察上，机制研究有待进一步深入和加强。精子活力是衡量精液质量和男性生育力的重要指标，我们前期研究发现BaP导致实验动物精子活力显著下降，精子线粒体丢失可能是其一个重要的原因。进一步的研究发现，BaP体内活性代谢物BPDE处理生精细胞后，线粒体自噬过度激活，同时介导线粒体自噬的一个重要分子PINK1蛋白在线粒体外膜聚集。我们推测PINK1介导的线粒体自噬可能涉及在BaP诱导的精子线粒体丢失过程中。本项目拟构建PINK1基因沉默细胞模型及BaP致小鼠精子活力降低染毒模型，阐明PINK1介导的线粒体自噬在BaP引起的精子线粒体丢失致精子活力下降过程中的作用及具体的分子机制。本研究以精子线粒体自噬和线粒体丢失为切入点，可能为研究BaP雄性生殖毒性机制提供新的线索。

苯并[a]芘（BaP）是一种重要的环境有机污染物，具有明确的雄性生殖毒性。然而先前关于BaP雄性生殖损伤的机制研究，多将焦点聚集在其能导致生殖细胞DNA损伤和内分泌干扰作用上。生精细胞和精子线粒体对于雄性生殖健康是至关重要的，故本项目从线粒体损伤和线粒体自噬角度探索BaP致雄性生殖损伤的作用和机制。. 我们首先发现BaP体内活性代谢物BPDE能明显诱导生精细胞GC2发生线粒体功能和结构损伤，并建立了BPDE致生精细胞GC2线粒体丢失与损伤的体外模型，进一步发现BPDE诱导GC2细胞内线粒体自噬的激活；并且线粒体自噬的抑制减弱了BPDE诱导的生精细胞线粒体损伤。在探索BPDE诱导生精细胞线粒体自噬的分子机制中，我们发现PINK1/Parkin蛋白分子表达水平升高，提示BPDE可能通过PINK1/Parkin通路诱导生精细胞线粒体自噬。本研究的实验结果，提示除生殖细胞DNA损伤和内分泌干扰作用，BPDE同时可通过损伤生精细胞线粒体、诱导线粒体自噬激活等致生殖毒性，为更全面理解BaP致雄性生殖损伤的分子机制提供线索。. 此外，考虑到生精细胞/精子线粒体功能在男性生殖中的重要作用，实际实施过程中依托课题组前期建立的人群队列及样本，研究了精子线粒体功能对于维持精子受精潜能的必要性；并且分析了附着有BaP的颗粒物等主要空气污染物对精子mtDNA、精子氧化损伤的影响，相应研究结果揭示氧化应激、氧化性损伤可能是空气污染致精子损伤的重要机制之一。