miR-17-92基因簇在染料木黄酮致精子生成障碍中的作用及其机制

Male infertility is a very important scientific problem needing to be solved urgently in the field of reproductive health. Recently epidemiological researches and animal studies found that, exposed to endocrine-disrupting chemical genistein (GEN) could lead to spermatogenic failure. The preliminary studies of our team found that the expression of miR-17-92 gene cluster miRNAs was up-regulated in patients with spermatogenic failure. The elevated expression level of miR-17-92 gene cluster miRNAs was strongly associated with higher dose of GEN exposure. However, the molecular mechanism underlying this phenomenon is still unclear. By analyzing GEN exposure levels and expression level of the miR-17-92 gene cluster miRNAs in a large sample size subjects, the project intends to identify the aberrantly expressed miR-17-92 gene cluster miRNAs in spermatogenic failure induced by GEN exposure. Through in vitro and animal GEN exposure test, the application of epigenetics, bioinformatics, and other methods, we will investigate the toxicity pathway mediated by miR-17-92 gene cluster candidate miRNAs in spermatogenic failure induced by GEN exposure. Furthermore, we will elucidate the molecular mechanism of miR-17-92 gene cluster in spermatogenic failure induced by GEN exposure. This project will provide theoretical and practical basis for the prevention, diagnose and treatment of male infertility and make contributions to human reproductive health.

男性不育是生殖健康领域亟待解决的关键科学问题。研究表明，染料木黄酮（GEN）作为一种暴露广泛的环境内分泌干扰物可引起精子生成障碍，项目组前期研究工作发现miR-17-92基因簇miRNAs在精子生成障碍患者中均表达上调，且与GEN高内暴露水平显著相关，但其作用和分子机制目前尚不清楚。本项目拟以大样本人群研究为切入点，通过分析GEN内暴露水平、miR-17-92基因簇miRNAs表达水平，明确GEN暴露与精子生成障碍的相关性，揭示GEN暴露致精子生成障碍的miR-17-92基因簇靶标miRNA；通过细胞试验和动物染毒实验，应用表观遗传学、生物信息学等研究方法，探讨靶标miRNA介导的GEN致精子生成障碍的毒性通路，阐明miR-17-92基因簇靶标miRNA在GEN致精子生成障碍中的分子机制。为男性不育的预防和诊疗提供理论和实践依据，为提高人口质量、促进人类生殖健康作出贡献。

染料木黄酮（genistein, GEN）是一种典型的植物雌激素，其具有拟雌激素效应，因此可对男性生殖功能产生影响。然而，具体的潜在机制仍然不明。miRNA是一类非编码RNA，可以通过结合靶基因3’-UTR区，并沉默靶基因来发挥生物学功能。已有研究指出miRNA在精子生成中发挥重要作用。此外有报道指出，miR-17-92在精子生成中发挥重要作用，并且雌激素可以导致miR-17-92表达发生改变。为了探讨miR-17-92是否在GEN暴露引起的精子生成障碍中发挥作用，我们通过检测不育男性受试者尿液GEN暴露水平以及精浆中miR-17-92簇miRNA表达水平，发现miR-19b-1、miR-20a和miR-92a-1在GEN较高暴露组显著高表达，并且该组受试者精子活力显著下降，这就提示我们miR-17-92可能在GEN暴露引起的精子生成障碍中发挥作用。随后我们利用成年ICR小鼠，使用不同剂量GEN（包括0，0.5，5，50以及250 mg/kg/day）灌胃染毒35天，发现小鼠附睾精子的平均速率（VAP）、直线速率（VSL）和曲线速率（VCL）在5 mg/kg/day剂量组显著减少，进一步研究发现，该剂量组小鼠睾丸组织中miR-17和miR-20a的表达水平显著高于对照组。通过对比人和小鼠中的结果，我们发现miR-20a在人和小鼠中均呈现显著高表达。通过生物信息学方法分析，发现Limk1是miR-20a的靶基因，并且该基因在精子生成中发挥重要作用，基因和蛋白表达水平检测结果也表明，Limk1表达水平在GEN染毒组显著下降，双荧光素酶报告基因实验也表明Limk1是miR-20a的靶基因。因此这些结果表明，Limk1作为miR-20a的靶基因，可能在miR-20a参与的GEN暴露导致精子生成障碍中发挥作用。本项目研究结果可为男性不育的预防和诊疗提供理论和实践依据。