线粒体生物发生在脂毒性损伤睾丸支持细胞能量代谢中的作用及机制

Male infertility is a global health problem associated with high-fat diet, but the mechanism has not been fully elucidated. Lipotoxicity induced by high-fat diet is a common pathogenic factor of many diseases, but the impact of lipotoxicity on testicular Sertoli cells which is the main energy source in spermatogenesis has never been explored. Our previous study has found that in the mouse fed with high-fat diet, spermatogenesis disorder with abnormal energy metabolism, reduced expression of mitochondrial biogenesis related gene TFAM and activity of energy sensor AMPK in Sertoli cells were detected, which indicated that lipotoxicity might impair the energy metabolism by inhibiting mitochondrial biogenesis in Sertoli cells. Based on the previous study, this research focused on the pathway of mitochondrial biogenesis, respectively in terms of molecule, cell and organism, using both in vitro (the treatment to cell with saturated fatty acid, activate or over-expression, inhibit or interference of key molecules) and in vivo (high-fat diet, conditional gene knockout and pharmacological intervention) experiments, we will elucidate ①the impact of lipotoxicity induced by high-fat diet on energy metabolism and mitochondrial function in testicular Sertoli cells, ②the key molecules and major signaling pathway of mitochondrial biogenesis involved in the effect of lipotoxicity on energy metabolism, ③whether the corresponding drug therapy or diet control could improve the male fertility. This study will provide newly theoretical evidence for clinical prevention and treatment of male reproductive dysfunction.

男性不育是全球性人口健康问题，与高脂饮食等生活方式有关，但具体机制不明。高脂饮食诱发的脂毒性是多种疾病的共同致病因素，睾丸支持细胞是精子生成的主要能量来源，但脂毒性对支持细胞的影响未见报道。课题组前期研究发现高脂饮食小鼠生育能力下降，支持细胞能量代谢异常，线粒体生物发生关键分子TFAM表达及能量感受器AMPK活性降低，提示脂毒性可能通过抑制线粒体生物发生损伤支持细胞能量代谢。本项目在此基础上，以线粒体生物发生为切入点，从分子、细胞、整体三个水平，采用体外（饱和脂肪酸处理、激活或过表达、抑制或干扰关键分子）和体内（高脂饮食、条件性基因敲除、药物干预等动物模型）相结合的实验方法，探讨：①高脂饮食诱发的脂毒性对睾丸支持细胞能量代谢的影响，②线粒体生物发生参与脂毒性损伤能量代谢的关键分子和主要信号通路，③相关药物治疗或饮食调整能否改善雄性生育能力，为预防和治疗男性生育能力下降提供新的依据和思路。

男性不育与高脂饮食等生活方式有关，高脂饮食诱发的脂毒性是多种疾病的共同致病因素，但对男性性腺的影响未见报道。本项目通过一系列的体内和体外实验，从分子、细胞、整体三个水平，以睾丸支持细胞能量代谢为切入点，论证了高脂饮食对睾丸功能的影响及其机制。主要结果包括：1. 高脂饮食损伤雄性小鼠生育能力，该损伤随着时间延长而加重，性成熟前高脂饮食明显损伤雄性睾丸功能和生育能力，但恢复正常饮食后可有效改善；2. 高脂饮食诱发的脂毒性导致支持细胞能量代谢异常和脂质代谢紊乱，主要表现为支持细胞糖酵解、乳酸生成和脂肪酸β-氧化增加，而线粒体呼吸受损；3. 脂毒性通过抑制线粒体生物发生和自噬调控支持细胞功能；4. 二甲双胍能够有效改善高脂诱导的睾丸功能损伤和生育能力下降，其机制与改善氧化应激有关。.此外，本项目利用动物模型，进一步扩展了脂毒性对睾丸间质细胞的影响分析，发现：高胆固醇和高甘油三酯诱发的脂毒性对睾丸功能的损伤不同，高甘油三酯脂毒性主要通过诱导线粒体应激，损伤线粒体功能，而高胆固醇脂毒性通过诱导内质网应激，调控睾酮合成多个途径降低男性睾酮水平。.本研究揭示了高脂饮食诱发的脂毒性作为致病因素，通过影响支持细胞能量代谢和间质细胞睾酮合成等多个途径损伤睾丸功能，创新性的论证了脂毒性损伤睾丸功能的机制，进一步完善了脂毒性损伤男性性腺功能和生育能力的理论体系，通过给与二甲双胍，证明通过干预脂毒性，能有效改善睾丸功能和生育能力。为临床防治性腺功能减退和男性不育提供新的思路和策略，具有重要的理论价值和临床意义。