父代低剂量镉暴露导致后代性别比例异常的代际传递效应及其表观遗传机制研究

Cadmium pollution is becoming increasingly serious in our country and has become a social problem affecting the health of the population. The adverse effect of cadmium pollution on male reproductive health is drawing more attention, but the mechanism whereby cadmium exerts its toxicity in male reproduction remain rarely known. The foundation of our previous research shows that, despite its normal sperm parameters and fertility， low-dosage cadmium mouse which mimic non-occupational exposure population give birth to significantly decreased male offspring. These results indicate that cadmium exposure can affect the sex ratio of descendants and further the long-term offspring health. In this project, firstly we will systematically confirm the statistical relevance between serum cadmium concentration and offspring sex ratio and its transgenerational transmission effect in mouse. Secondly, we will characterize the exact stage in which the fluctuation of offspring sex ratio changes. Thirdly, we will apply ChIP-seq to search the changes of H3K4me2 and H3K27me3 of low dosage cadmium exposure mouse (F0) and its unexposed offspring (F1&F2) sperm. Then by combining with the expression profile of early embryo, we will analyze the epigenetic mechanism involved in the offspring sex ratio variations. Our results will not only widen the knowledge about the hazardous effect of cadmium contamination but also provide more scientific evidence for the related laws and regulations.

重金属镉污染在我国日趋严重，已成为影响人口健康的社会问题；镉污染对男性生殖健康的影响更是备受关注，但目前对镉生活暴露造成的男性生殖危害还知之甚少。我们的前期研究发现，模拟日常镉暴露人群血镉浓度的低剂量镉暴露小鼠，虽然其精子功能和生育能力未明显改变，但其子代中雄性个体数量显著降低，表明镉污染可影响后代性别比例，也提示生活镉暴露的毒性可能会影响远期子代健康。本申请项目将在此基础上，深入探究低剂量镉暴露影响子代性别比的分子机理。我们拟从生殖过程的各个步骤，系统地分析父代低剂量镉暴露导致子代性别比异常的作用环节，并观察其是否具有代际传递效应；同时，将分析低剂量镉暴露小鼠(F0代)精子以及未暴露F1和F2代精子组蛋白甲基化的变化，结合早期胚胎基因表达谱，揭示雄性低剂量镉暴露影响性别比例的表观遗传学机制。本项目研究获得的结果将揭示镉污染影响雄性生殖的毒理机制，为镉污染的防治提供理论基础和方法策略。

重金属镉污染在我国日趋严重，已成为影响人口健康的社会问题；镉污染对男性生殖健康 的影响更是备受关注，但目前对镉生活暴露造成的男性生殖危害还知之甚少。在本研究中，我们首先建立了模拟人类生活镉暴露的小鼠模型，表型分析表明，该剂量水平的镉暴露对雄性小鼠的生育能力影响不大。且精子组蛋白甲基化变化水平不大。为了更全面的分析镉暴露对精子表观遗传的影响，我们对精子非编码小RNA的变化进行了分析，发现镉暴露主要影响小鼠成熟精子（CAU）中sncRNAs的表达，共有189个sncRNAs，包括8个tsRNAs、173个rsRNAs及8个miRNAs的表达水平在镉暴露后发生显著变化；且在睾丸生殖细胞中，有大量45S-rsRNAs表达受镉暴露影响而显著降低。为研究精子中sncRNAs的变化是否能代际传递，接着比较分析了镉暴露F0代与其F1子代成熟精子sncRNAs的差异，发现F1子代精子中，有13个rsRNAs及1个miRNAs的表达在F0代与F1子代中均差异显著，具有代际传递特征。综上，本研究结果显示表明，精子sncRNAs，尤其是rsRNAs，是精子应对环境变化的敏感指标，环境镉暴露虽然不影响精子的密度、浓度等，但可能通过调控精子sncRNAs的表达，从而对小鼠的生育力有一定程度的影响。同时，随着精子sncRNAs发生改变，其中13个精子sncRNAs的表达变化可由成熟精子携带，通过与卵子结合，传递给雄性子代精子，存在代际传递。深入研究精子sncRNAs的表达变化的调控机制，将为不良环境暴露后的精子对胚胎质量的影响，甚至对雄性子代健康风险的预测提供理论基础。