磷酸二酯酶（PDE）巯基硫化修饰在硫化氢调控睾酮合成中的作用及机制研究

Testosterone deficiency has detrimental effects on male fertility, and is critical for the regulation of various vital processes. The mainstay of treatment in persisting androgen deficiency is testosterone replacement therapy, which may pose serious health risks. H2S regulates protein post-translational modification termed as S-sulfhydration to exert important effects in various diseases. Yet whether protein S-sulfhydration by H2S mediates steroidogenesis remains elusive. The second messenger, cAMP, is one of the most important regulatory signals for control of steroidogenesis in response to luteinizing hormone (LH). Phosphodiesterases (PDEs) regulate this second messenger by catalyzing its breakdown. Treatment of Leydig cells with PDE inhibitors increase cAMP levels that ultimately increase testosterone release, which suggests that PDE is a key point in steroidogenesis. Our preliminary studies showed that H2S treatment could compensate for the inflammation-induced testosterone deficiency. Endogenous H2S played a vital role on steroidogenesis in mltc-1 cells. H2S administration augmented PDE S-sulfhydration after inflammation and oxidative stress challenge. Our project in vivo and in vitro is to validate that H2S may inhibite PDE activity via S-sulfhydration of PDE, then increase cAMP levels that ultimately increase testosterone release. This may provide a novel target for preventing testosterone deficiency.

睾酮缺乏严重影响男性的生育功能，并引起多种器官、系统的功能障碍。外源性雄激素替代治疗可能带来严重的健康风险。硫化氢（H2S）通过调节蛋白质巯基硫化修饰在多种疾病中发挥作用，但在睾酮合成中的作用及机制尚不明确。cAMP是睾酮合成LH通路中最重要的第二信使，磷酸二酯酶（PDE）是cAMP降解的关键酶，抑制PDE的活性可以显著增加睾酮的合成，提示PDE是调控睾酮合成的重要靶点。我们的预实验提示：H2S能够显著改善炎症小鼠血清睾酮水平的降低，并影响小鼠睾丸间质瘤细胞（mltc-1）合成分泌睾酮，外源性给与H2S可以显著提高mltc-1细胞中PDE的巯基硫化修饰水平。基于此，我们提出如下科学假说：H2S可以通过巯基硫化修饰PDE，抑制PDE的活性，提高睾丸间质细胞中cAMP的水平，促进睾酮合成。本研究将通过体内外实验，阐明H2S调控睾酮合成的机制，为治疗男性睾酮合成障碍提供内源性调节的新思路。

睾酮缺乏严重影响男性的生育功能，并引起多种器官、系统的功能障碍。外源性雄激素替代治疗可能带来严重的健康风险。研究表明，cAMP是睾酮合成LH通路中最重要的第二信使，磷酸二酯酶（PDE）是cAMP降解的关键酶，因此PDE是调控睾酮合成的重要靶点。我们的预实验表明，硫化氢（H2S）可能通过调节PDE的巯基硫化修饰水平在睾酮合成中发挥重要的调控作用。本研究利用小鼠睾丸间质瘤细胞（mltc-1）以及实验小鼠，采用细菌脂多糖（LPS）和H2O2建立炎症和氧化应激诱导的睾酮合成障碍模型，通过外源性提供H2S供体以及内源性过表达H2S合成酶CBS，研究H2S对睾酮合成的影响。研究结果证实，相比于损伤模型，睾丸间质细胞合成睾酮的功能明显改善、睾酮合成酶的表达水平明显增高。我们进一步检测了睾酮合成cAMP/PKA信号通路，研究结果显示，与损伤模型相比，提高睾丸间质细胞中H2S的水平，可明显增加睾丸间质细胞PDE的巯基硫化修饰水平，抑制PDE的活性，增加睾丸间质细胞中cAMP的水平，激活cAMP/PKA信号通路，促进睾酮合成酶的表达。我们进一步构建了睾丸间质细胞PDE特异性过表达的细胞和小鼠模型，研究结果证实，PDE过表达会抑制H2S促进睾酮合成的功能。本研究通过体内外实验，明确了H2S介导的PDE巯基硫化修饰通过调控cAMP/PKA信号通路，可以有效保护睾丸间质细胞合成睾酮的功能，可以改善炎症和氧化应激导致的睾酮合成障碍，并可能减轻睾酮合成障碍引起的男性不育。本研究将为治疗和减轻男性睾酮合成障碍提供有效的治疗靶点。