HIF-1对小鼠睾丸间质细胞合成睾酮的影响及机制探讨

Testicular tissue hypoxia/ischemia is an important cause of infertility. Hypoxia leads to decreased testosterone levels in male animals, increased percentage of abnormal sperm and a serious decline in semen quality. Our preliminary studies found that under both normoxic and hypoxic conditions, there was a negative correlation between HIF-1 expression and the testosterone synthesis in Leydig cells, indicating that HIF-1 might be the main reason leading to the decline of serum testosterone under hypoxic condition. This project aims to explore the effect of HIF-1 on testosterone synthesis in Leydig cells and underlying mechanisms under hypoxic conditions. Based on our preliminary findings, these following studies are to be carried out: ① Analyse changes in testicular tissue structure and serum testosterone level in male Balb/c mice under hypoxic condition to assess the impact of hypoxia on the reproductive system in male Balb/c mice; ② Study the regulatory effect of HIF-1 on TM3 cells under normoxic or hypoxic conditions to verify HIF-1 regulation of testosterone synthesis; ③ Investigate the underlying molecular mechaisms of HIF-1 regulation of testosterone synthesis under normoxic and hypoxic conditions to provide basic data for the prevention and treatment of hypoxic male sterility.

睾丸组织局部缺血缺氧，是导致职业性男性不育发生的重要原因。低氧可导致雄性动物睾酮水平下降，精子畸形率增加，精液质量严重下降。前期研究表明，低氧或常氧条件下，细胞合成睾酮水平均与HIF-1蛋白水平负相关，提示HIF-1为低氧条件下导致睾酮水平下降的主要原因。基于前期研究结果，为探讨低氧条件下重要调节蛋白HIF-1对睾丸间质细胞合成睾酮的影响及机制，本课题拟开展以下研究：①通过研究低氧刺激后雄性Balb/c小鼠睾丸组织结构、血清睾酮水平的变化，评估低氧刺激对雄性Balb/c小鼠生殖系统的影响；②通过研究常氧、低氧条件下HIF-1对TM3细胞合成睾酮的影响，确定HIF-1对睾酮合成的调控作用；③探讨常氧、低氧条件下HIF-1调控睾酮合成的具体分子机制，为防治缺氧性男性不育提供基础数据。

睾丸组织局部缺血缺氧，是导致职业性男性不育发生的重要原因。低氧可导致雄性动物睾酮水平下降，精子畸形率增加，精液质量严重下降。低氧或常氧条件下，细胞合成睾酮水平均与HIF-1蛋白水平负相关，提示HIF-1为低氧条件下导致睾酮水平下降的主要原因。本课题旨在探讨低氧条件下重要调节蛋白HIF-1对睾丸间质细胞合成睾酮的影响及机制。具体的研究内容为：①通过研究低氧刺激后雄性Balb/c小鼠睾丸组织结构、血清睾酮水平的变化，评估低氧刺激对雄性Balb/c小鼠生殖系统的影响；②通过研究常氧、低氧条件下HIF-1对TM3细胞合成睾酮的影响，确定HIF-1对睾酮合成的调控作用；③探讨常氧、低氧条件下HIF-1调控睾酮合成的具体分子机制。.研究发现，8% O2处理后雄性Balb/C小鼠睾丸组织形态结构无明显变化，而血清中睾酮含量显著降低，且重要的限速蛋白StAR表达水平显著降低。通过1% O2处理原代睾丸间质细胞和TM3细胞后，可观察到HIF-1表达上升，StAR表达下降，睾酮水平明显降低；常氧条件下通过添加CoCl2激活HIF-1可观察StAR与睾酮水平同步下降；低氧条件下干扰HIF-1可有效恢复StAR及睾酮的水平；添加孕烯醇酮后，睾酮合成显著升高，可逆转HIF-1升高导致的睾酮水平降低的现象，提示HIF-1可能通过调控StAR影响睾酮合成。JASPAR软件证明Star启动子区存在HIF-1的转录结合位点，体内CHIP和体外EMSA实验证明HIF-1可与Star启动子区结合；Luciferase实验证明，HIF-1可抑制Star的启动子区活性；点突变结果证明，Star启动子区−2082/−2078, −2064/−2060和−1910/−1906为HIF-1的有效结合位点。可得出结论，低氧条件下睾丸间质细胞睾酮合成受到抑制；其机制为低氧条件下HIF-1水平上升，通过与Star启动子区的HRE结合抑制其转录活性，抑制StAR表达从而降低睾酮合成。.本项目探讨了低氧诱发睾丸间质细胞分泌睾酮降低的机制，重在探讨HIF-1 抑制睾酮合成的分子机制，为临床解决男性缺氧性不育提供了基础数据；发现重要的类固醇激素合成蛋白StAR是HIF-1的靶基因，拓宽了对低氧诱发内分泌系统系统紊乱的认知，为探讨HIF-1在细胞低氧应答和适应过程中的机制提供新的视角。