亚砷酸钠对小鼠雄性生殖和糖稳态的影响及葡萄皮提取物的缓解作用

发布时间：2020-08-06 16:28

【摘要】：砷(As)是一种自然界中广泛分布的环境污染物,可通过饮水、呼吸道等途径进入人体,造成机体各组织器官损伤,引起癌症和多种疾病发生。近年来,砷对雄性生殖健康的潜在危害日益引起人们的重视。动物短期砷暴露实验已经证实,砷可通过抑制睾酮合成,降低精子质量、诱导睾丸氧化应激,干扰正常的精子发生。但是至今为止,长期砷暴露的毒性作用及其相关机制仍然不是很清楚,且缺乏有效的防治措施。目前一致认为氧化应激与砷诱导的组织器官损伤密切相关,提示通过抗氧化、减轻氧化应激能缓解砷引起的损伤。因此,探寻安全有效的抗氧化物质己成为研究的热点。葡萄果皮中含有大量的花色苷,具有很强的抗氧化能力。然而,葡萄果皮提取物(GSE)能否减轻砷诱导的雄性器官氧化损伤及其它损伤,保护正常精子发生,目前尚未见报道。流行病学调查发现,慢性饮水型砷暴露可增大患糖尿病的风险。氧化应激与糖尿病的发生关系密切。许多证据也已表明砷摄入能扰乱机体的葡萄糖稳态。肝脏是糖代谢的重要器官。迄今为止,长期砷暴露对糖稳态的影响、肝脏氧化应激程度、肝脏损伤、炎症反应及其肝脏胰岛素敏感性和肝脏葡萄糖转运影响的研究尚少。基于小鼠对砷蓄积的靶器官与人类砷中毒的靶器官具有一致性,本课题以小鼠为实验材料,探讨了亚砷酸钠(NaAs02)长期暴露引起的雄性生殖毒性及作用机制,分析了 GSE对砷致雄性生殖毒性的缓解作用,研究了砷暴露对小鼠葡萄糖稳态的影响。主要实验结果如下:1.通过对雄性C57BL/6小鼠饮水砷染毒连续6个月,染毒剂量为5和50 ppm砷,探讨长期NaAsO2暴露对精子发生、睾酮合成、雄激素结合蛋白(ABP)和Ddx3y表达的影响及其作用机制。结果表明,砷暴露组精子计数和精子运动降低,精子畸形率升高。两个砷处理组小鼠均出现生精上皮生精细胞和精子数减少及Johnsen评分降低,提示小鼠精子发生障碍。与此同时,砷降低血清睾酮,伴随促黄体生成素受体(LHR),类固醇合成急速调节蛋白(StAR)和17β-径基类固醇脱氢酶(17β-HSD)mRNA下调。砷也以剂量依赖方式下调ABP和Ddx3ymRNA。与基因转录水平变化一致,砷处理组小鼠睾丸StAR,17β-HSD和Ddx3y蛋白表达降低。这些结果表明,长期砷暴露可能通过下调睾酮生物合成途径中多个基因表达降低睾酮、抑制ABP基因表达干扰雄激素稳态、下调Ddx3y表达,导致小鼠精子发生障碍。2.为阐明NaAs02诱导雄性生殖毒性的可能机制,在前期研究的基础上,进一步评估了长期砷暴露对小鼠睾丸氧化应激、细胞周期阻滞和细胞凋亡的影响。结果表明,睾丸总超氧化物歧化酶(T-SOD)活性和谷胱甘肽(GSH)含量降低,活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量增加,提示砷诱导睾丸产生氧化应激。Pearson相关性分析显示抗氧化剂(GSH和T-SOD)与ROS呈负相关,且GSH与ROS间的相关系数(r=-0.822)高于T-SOD和ROS间的相关系数(r=-0.718)。此外,砷引起睾丸G2/M期细胞阻滞,伴有p53和p2lmRNA表达增加、细胞周期蛋白依赖性激酶2(cdc2)和细胞周期蛋白B1(cyclin B1)mRNA和蛋白水平降低、p-cdc2(Tyr1 5)表达增多。砷暴露上调Bax mRNA和蛋白表达及Bax/Bc1-2比值,激活Caspase-3,诱导睾丸细胞凋亡.。综上所述,长期砷暴露引起的睾丸毒性可能与睾丸的氧化损伤、G2/M细胞阻滞和睾丸细胞凋亡有关,这些改变增加了精子发生障碍和男性不育的风险。3.前期研究证实砷诱导雄性生殖毒性的主要机制是氧化应激,提示通过抗氧化、减轻氧化应激可缓解砷引起的雄性生殖损伤。本实验通过雄性昆明种小鼠饮水(含10 ppm砷)染毒,同时给予GSE干预,连续60 d,评价GSE对砷致雄性生殖毒性的影响。结果表明:砷暴露使生精小管中各级生精细胞和精子减少、附睾精子降低和精子畸形率增加,这些影响可被GSE与砷联合作用缓解。此外,砷处理使睾丸H2O2和MDA含量升高,T-SOD活性和GSH含量降低,表明睾丸产生了氧化损伤,GSE干预可减轻睾丸的氧化损伤。与此同时,砷暴露增加BaxmRNA表达及Bax/Bcl-2比值,GSE干预后抑制Bax mRNA及降低Bax/B cl-2比值。砷摄入下调睾酮合成关键基因LHR和17β-HSD mRNA,GSE干预则增加LHR和17β-HSD mRNA表达;砷处理增加肿瘤坏死因子α(TNF-α)和白细胞介素6(IL-6)mRNA表达,推测睾丸产生炎症反应,GSE干预可减轻砷致睾丸的炎症反应。以上结果提示,GSE可能通过减轻砷致睾丸氧化损伤和炎症反应、增加睾酮合成关键基因(LHR,17β-HSD)mRNA和降低促凋亡基因Bax mRNA及Bax/B cl-2比值缓解砷诱导的雄性生殖毒性,对砷致小鼠精子发生障碍起到一定保护作用。4.通过饮水NaAsO2暴露,研究砷对小鼠葡萄糖稳态的影响及相关作用机制。结果发现,C57BL/6小鼠经饮水暴露5、50 ppm砷6个月,每月空腹血糖和1-4个月内葡萄糖耐量与对照组无明显变化。在5个月、6个月后导致葡萄糖耐量受损且具有剂量和时间依赖性。与此同时,砷诱导肝脏产生氧化应激反应,该反应与同期糖耐量受损呈正相关。此外,砷暴露5个月、6个月后,血清丙氨酸转氨酶(ALT)和天冬氨酸转氨酶(AST)活性在50 ppm砷组显著升高;HE染色观察到砷暴露组小鼠肝脏结构损伤,炎性细胞浸润。同时,砷组肝脏促炎因子肿瘤坏死因子TNF-αmRNA上调,胰岛素受体底物(IRS2)和葡萄糖转运蛋白(GLUT2)mRNA下调。研究结果表明,长期砷暴露可能通过诱导肝脏氧化应激、肝脏损伤、炎症反应、胰岛素受体后信号转导障碍和肝脏葡萄糖转运异常引起糖稳态受损。综上所述:长期砷暴露,可致小鼠睾丸结构损伤,使附睾精子减少、精子畸形率增加,精子发生障碍,产生雄性生殖毒性。砷暴露抑制睾酮合成、引起睾丸氧化损伤、诱导G2/M期细胞阻滞和细胞凋亡。GSE干预后,可通过减轻睾丸氧化损伤、炎症反应、调节睾酮合成关键基因和凋亡相关基因缓解砷引起的雄性生殖损伤,该研究将为砷致雄性生殖毒性的防治提供实验证据。另外,砷暴露还可引起小鼠葡萄糖耐量受损、干扰葡萄糖稳态。糖稳态受损可能与肝脏氧化应激、肝脏损伤、炎症反应、胰岛素受体后信号转导障碍和肝脏葡萄糖转运异常有关。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171.5;R114
【图文】：

砷诱导的线粒体依赖凋亡途径中的主要事件[71]

细胞压力诱导的G2/M细胞阻滞和凋亡的可能分子机制[78]

睾酮生物合成信号途径[81]

【参考文献】

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3 蔡晶;黄巧冰;迟德彪;;五味子乙素对H_2O_2损伤人肝细胞Fas通路的影响[J];南方医科大学学报;2012年04期

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本文编号：2782668