Nrf2/GPX4信号通路调控铁死亡在少精症形成中的作用机制研究

Oligospermia is an important cause of male infertility, and study the cause and molecular mechanism of oligospermia deeply is an urgent problem in the field of reproductive medicine research. Our pre-experiment found that Nrf2 and ferroptosis-regulated protein GPX4 expressions in sperms in men with oligospermia decreased significantly than healthy men, which was consistent with foreign reports. Importantly, we also found that testicular injection of ferroptosis inducer led to oligospermia in mice, however, administration of ferroptosis inhibitor simultaneously could inverse the above effect. Other studies demonstrated that Nrf2 could regulate ferroptosis, and reduction of Nrf2 downregulated GPX4 mRNA expression. Therefore, we put forward that decreased Nrf2 expression-mediated downregulation of GPX4 leads to ferroptosis, which is the important cause of oligospermia. To test this hypothesis, we will firstly study the expressions of Nrf2 and GPX4 in sperms in men with oligospermia; then explore the role of decreased GPX4-mediated ferroptosis in the development of oligospermia; then investigate the role of Nrf2 on regulation of ferroptosis in the development of oligospermia by use of Nrf2 knockout mice ; finally illuminate the mechanism of Nrf2/GPX4 signaling pathway on regulation of ferroptosis in the development of oligospermia by testicular injection of GPX4 overexpressed lentivirus into Nrf2 knockout mice.

少精症是导致男性不育的重要原因，深入研究少精症发生的原因和分子机制，是目前生殖医学研究领域亟需解决的难题。我们前期预实验发现少精症男性精子中Nrf2及铁死亡调控蛋白GPX4表达较健康男性显著降低，与国外报道一致。重要的是，我们发现小鼠睾丸注射铁死亡诱导剂后呈现少精症表型，而联合给予铁死亡抑制剂则可逆转上述效应。另有研究显示Nrf2对铁死亡具有一定的调控作用，且Nrf2降低引起GPX4 mRNA下调。因此，我们提出假设：Nrf2降低引起GPX4表达下调从而导致铁死亡是少精症形成的重要原因。本项目拟首先研究Nrf2、GPX4在少精症男性精子中的表达；再探索GPX4降低介导的铁死亡导致少精症形成的作用；然后利用Nrf2基因敲除小鼠探究Nrf2调控铁死亡在少精症形成中的作用；最后将GPX4过表达慢病毒睾丸注射入Nrf2基因敲除小鼠，阐明Nrf2/GPX4信号通路调控铁死亡在少精症形成中的作用机制。

少精症是导致男性不育的重要原因，深入研究少精症发生的原因和分子机制，是目前生殖医学研究领域亟需解决的难题。我们前期预实验发现少精症男性精子中Nrf2及铁死亡调控蛋白GPX4表达较健康男性显著降低，与国外报道一致。重要的是，我们发现小鼠睾丸注射铁死亡诱导剂后呈现少精症表型，而联合给予铁死亡抑制剂则可逆转上述效应。另有研究显示Nrf2对铁死亡具有一定的调控作用，且Nrf2降低引起GPX4 mRNA下调。因此，我们提出假设：Nrf2降低引起GPX4表达下调从而导致铁死亡是少精症形成的重要原因。本项目拟首先研究Nrf2、GPX4在少精症男性精子中的表达；再探索GPX4降低介导的铁死亡导致少精症形成的作用；然后利用Nrf2基因敲除小鼠探究Nrf2调控铁死亡在少精症形成中的作用，阐明Nrf2/GPX4信号通路调控铁死亡在少精症形成中的作用机制。本项目研究结果显示，少精症男性精子中铁死亡调控蛋白Nrf2及GPX4表达较健康男性明显降低。利用CRISPR-Cas9技术，建立C57BL/6-Nrf2tm1cyagen基因敲除小鼠，发现六月龄Nrf2-/-雄性小鼠精子浓度和活力较野生型小鼠明显降低，出现明显的少精症症状，生育能力亦显著降低。而给予铁死亡抑制剂Fer-1腹腔注射后，Nrf2-/-小鼠精子数量和活力明显增加。病理切片结果显示Nrf2-/-小鼠睾丸组织中各级生精细胞缺失，呈空泡化，附睾组织中精子数量明显减少，而Nrf2-/- + Fer-1组小鼠生精细胞损伤明显减轻，生精功能明显恢复，附睾中精子数量明显增加，提示Nrf2-/-小鼠睾丸中生精细胞发生铁死亡，给予Fer-1能够逆转Nrf2-/-小鼠少精症的发生。本研究的顺利完成将为临床少精症的预防和治疗提供一个新的思路和治疗策略，研究或开发与铁死亡或Nrf2相关的药物，治疗男性少精症。