基于类固醇激素代谢通路研究槲皮素对邻苯二甲酸酯类雄性生殖毒性的抑制作用及机制

As common environmental estrogens, phthalates (PEs) can cause male reproductive toxicity. Some interventions are needed to decrease the risk induced by PEs’ exposure. Our previous studies showed that long-term low-dose phthalates’ mixture (MIXPs) exposure disturbed steroid hormone metabolism, and caused male reproductive toxicity in rats. Based on metabonomics, we found 5 metabolic intermediates of steroid hormone metabolism, which could be used as biomarkers to evaluate the male reproductive function. Previous studies argued that quercetin could inhibit male reproductive damage by regulating steroid hormone metabolism. Therefore, in this study, rats were orally exposed to MIXPs at long-term low-doses pathway imitating people exposure to PEs, along with in vitro Leydig cells exposure to MIXPs, to study the inhibitive effect of quercetin on MIXPs’ male reproductive toxicity and the mechanism based on steroid hormone metabolism. Then measure the sex hormones and sperm quality, observe ultrastructural injury of testicular cells and the constructional damage of testes to evaluate the protective effect of quercetin. Measure the levels of 5 biomarkers related to steroid hormone metabolism in testis and serum with metabonomics, combined with the expression of the steroidogenic proteins, then explore the related mechanism. Based on this study, some measures will be suggested to decrease the safety risk of PEs exposure. And this study is also conducive to the functional exploitation and application of quercetin.

环境雌激素邻苯二甲酸酯类（PEs）具有雄性生殖毒性，有效的干预对维护人群健康具有重要意义。申请人前期研究发现PEs混合物暴露可干扰类固醇激素代谢，进而导致大鼠雄性生殖损伤，且通过代谢组学研究从大鼠尿液筛选出5种类固醇激素代谢的中间产物，可作为评价雄性生殖功能的生物标志物。已有研究表明槲皮素可调节类固醇激素代谢，抑制雄性生殖功能损伤。因此，本研究拟通过大鼠长期低剂量灌胃PEs混合物模拟人群实际暴露特征，联合Leydig细胞干预实验，研究槲皮素通过类固醇激素代谢通路对PEs雄性生殖毒性的抑制作用及机制，检测性激素水平、精子质量，观察睾丸组织病理结构及细胞超微结构等评价槲皮素的干预作用；靶标代谢组学检测睾丸和血清中类固醇激素代谢相关的5种生物标志物；并检测类固醇激素代谢相关关键蛋白的表达水平，探讨作用机制。本研究预期为降低PEs的暴露风险提供建议和措施，为槲皮素生物功能的开发和应用提供科学依据。

邻苯二甲酸酯（PEs）是公认的环境内分泌干扰物，如邻苯二甲酸丁基苄基酯（BBP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP），邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP），可干扰类固醇激素代谢，诱导雄性生殖毒性；人群不可避免的暴露于PEs，且处于安全风险中，有效的干预对维护人的健康具有重要意义。食物活性成分槲皮素（Que）具有诸多生物学功能。本项目基于类固醇激素通路研究了Que对PEs混合物（MPEs）雄性生殖毒性的抑制作用和机制。根据预实验设定Que的剂量为50 mg/kg/d；模拟人群PEs混合物暴露的实际特征设计大鼠干预实验，根据人群PEs暴露情况和预实验结果设定MPEs的暴露剂量为16 mg/kg/d和450 mg/kg/d，连续经口干预91天后，MPEs暴露显著降低了大鼠睾丸质量、血清性激素水平、PIWI蛋白的表达水平等均显著降低，睾丸组织结构改变、精子畸形率升高，而Que干预可显著抑制这些指标的改变，提示Que可抑制MPEs暴露所诱导的雄性大鼠生殖功能损伤；机制研究显示，MPEs暴露显著改变了睾丸组织类固醇激素代谢通路相关蛋白如StAR、CYP11A1、CYP17A1、17β-HSD、CYP19A1等蛋白的表达水平，转录组学研究发现类固醇激素代谢通路相关的基因的表达水平亦发生了改变（如StAR、CYP17A1、HSD3B2、HSD3B3、HSD17B1、HSD17B2、HSD17B3、HSD17B4、HSD17B6、HSD17B7、HSD17B13、SAD5a3）；蛋白质组学检测亦发现，高剂量MPEs暴露亦显著改变了类固醇激素代谢相关蛋白的表达水平（如StAR、CYP11A1、CYP17A1、HSD3B1、HSD3B5、HSD3B7、HSD17B3、HSD17B4、HSD17B8、HSD17B11、HSD17B12）；而Que可抑制这些关键蛋白/基因的改变，提示Que可改善MPEs暴露所诱导的类固醇激素代谢紊乱，抑制MPEs的雄性生殖毒性。转录组学联合蛋白质组学研究发现，MPEs暴露还可干扰黏着斑通路、PI3K-Akt信号通路、EMC-受体相互作用、Rap1信号通路、紧密连接、肌动蛋白细胞骨架调节等通路。本项目研究结果提示，适量的Que能有效抑制MPEs暴露所诱导的雄生殖健康风险；本研究还可为后续MPEs毒作用机制更为深入的研究提供了线索。