Ecotoxicology and Environmental Safety | 张慧珍团队首次揭示微囊藻毒素-LR对人类精子的毒性机制

发布时间：2023-11-11作者：管理员

近日，郑州大学公共卫生学院张慧珍团队与河南省人类精子库李玉山团队共同合作，在Ecotoxicology and Environmental Safety 上发表题为Microcystin leucine arginine induces human sperm damage: involvement of the Ca2+/CaMKKβ/AMPK pathway的研究论文。该研究从河南省人类精子库获取男性精子样本，探究环境相关浓度微囊藻毒素-LR（MC-LR）对人类成熟精子的毒性作用及机制。研究首次明确了MC-LR暴露对男性成熟精子结构和功能的损害效应，揭示了Ca2+/CaMKKβ/AMPK信号通路在MC-LR致精子毒性的重要作用，丰富了微囊藻毒素的生殖毒性理论体系，为预防和治疗相关生殖系统疾病提供了新见解。

男性不育是一个全球性的人类健康问题，精子质量的下降是男性不育的主要原因。越来越多的研究表明，环境污染物暴露是男性精子下降的重要影响因素。MC-LR是一类常见的环境污染物和内分泌干扰物，由水中蓝藻产生，可通过饮水、食物、呼吸、皮肤接触等多途径被人类摄入。性腺是MC-LR的重要靶器官之一，MC-LR可以通过抑制蛋白磷酸酶、诱导氧化应激和破坏细胞骨架等多种方式损伤生殖系统。近来，有研究表明MC-LR暴露可在小鼠、青蛙体内诱导精子活力下降、畸形增多和数量减少，提示MC-LR对动物精子可能具有一定的毒性作用。然而，由于人与动物在遗传学、生理学、生化和新陈代谢方面存在差异，MC-LR对动物精子的影响无法直接外推到人类身上，因此，亟需阐明MC-LR对人类精子的影响及其作用机制。

研究发现，随着MC-LR染毒剂量的升高和染毒时间的延长，死亡精子数目逐渐增多，精子存活率下降。使用计算机辅助精子分析系统检测了精子的运动能力发现，MC-LR染毒后，精子的前向运动力、曲线运动速度和线性速度均发生显著降低。上述结果表明MC-LR在体外能够诱导降低成熟人类精子的存活率和运动能力，导致精子质量下降（图1）。

图1. MC-LR暴露对人类精子活性和运动能力的影响

精子的运动能力与精子鞭毛结构的完整性密切相关。为了进一步探究MC-LR致人类精子运动能力下降的原因，使用电子显微镜观察了精子鞭毛的超微结构。结果表明，MC-LR暴露引起精子鞭毛“9+2”结构的紊乱，中央微管发生缺失或弥散。Western blot和qPCR显示，精子鞭毛相关结构蛋白的表达水平在染毒后明显下降，相关基因的转录水平也出现显著降低（图2），提示MC-LR引起了精子的鞭毛结构损伤。

图2. MC-LR暴露对人类精子鞭毛结构的影响

Ca2+稳态是精子维持鞭毛结构蛋白稳定，保持运动能力的前提。为进一步探究MC-LR损害精子鞭毛结构的潜在机制，通过流式细胞术分析MC-LR染毒后引起精子中Ca2+水平，发现MC-LR诱导精子中的Ca2+含量降低。进一步，随着MC-LR暴露浓度的增加，人精子中CaMKKβ和AMPK的磷酸化水平逐渐降低（图3）。这表明MC-LR暴露引起CaMKKβ/AMPK通路在精子中的抑制，这可能是MC-LR引起人类精子结构破坏和活力降低的重要原因。

图3. MC-LR对精子中Ca2+/CaMKKβ/AMPK通路的影响

综上，该论文以人类成熟精子为研究模型，首次明确了环境相关浓度MC-LR可抑制精子中Ca2+/CaMKKβ/AMPK通路激活，下调精子鞭毛结构相关蛋白的水平，导致精子鞭毛结构损害，造成精子运动能力和存活率下降。该研究为全面理解MC-LR的雄性生殖毒性机制奠定理论基础，为环境毒物的雄性生殖毒性研究提供了新思路。

郑州大学公共卫生学院张慧珍教授、郑州大学第三附属医院（河南省人类精子库）李玉山主任为该论文的通讯作者。郑州大学公共卫生学院的研究生郭星、孟瑞阳以及河南省人类精子库的刘军杰副主任为论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（No.82273594，82073512和81773384）的资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0147651323003494?via%3Dihub