环境双酚A暴露导致精子质量下降及其DNA甲基化/羟甲基化异常的基础

In recent decades, a declining trend of men’s semen quality has been observed, which is becoming a global public health problem. Scientists highly suspect that harmful substances in the environment, especially environmental endocrine disruptors, may play an important role on the decreased semen quality. Bisphenol A is one of the environmental endocrine disrupting chemicals, which is widely distributed in the environment and its reproductive toxicity has been proved in animal studies. The population based studies conducted by applicant’s team found effects of BPA on men’s reproductive function, including the decrease in sexual function and semen quality, and altered hormone level. But studies on the mechanism behind BPA’s effects on male reproduction are scarce. The applicant’s team has established two bio-sample bank of male semen sample from occupational population and general population respectively, based on which, BPA exposure was found to be related to LINE-1 hypomethylation in spermatozoa. This study is to acquire the differential DNA methylation /hydroxymethylation profiling in spermatozoa, and explore the epigenetic effects related to different exposure levels of BPA based on the existing sperm samples. The present study aims to help for a comprehensive understanding of molecular mechanism behind BPA’s effects on sperm quality, and a better evaluation on the safety of BPA, which is of great public health significance.

近几十年来，男性精液质量出现明显的下降趋势，成为全球性的公共卫生问题。科学家们高度怀疑环境中有害物质特别是环境内分泌干扰物对男性精液质量的下降起到重要作用。双酚A(BPA)是环境内分泌干扰物的一种，在环境中分布广泛，动物实验中己明确其具有生殖毒性，申请者所在研究团队前期进行人群研究也证实其对男性生殖功能的影响，包括精液质量下降、激素水平改变、性功能下降等。但BPA对男性生殖的作用机制研究极其缺乏。申请人所在研究团队前期已建立了两个男性精子生物样本库，分别来自职业人群和一般人群。基于已有样本库申请者发现BPA能引起精子DNA LINE-1甲基化改变。本研究拟在已有样本库的基础上，建立BPA不同暴露水平的男性特征性精子DNA甲基化/羟甲基化差异谱，探讨不同暴露水平下BPA的表观遗传学效应，为全面揭示BPA暴露影响精子质量的分子机制奠定基础，有利于科学评价BPA的安全性，具有重要的公共卫生意义。

双酚A(BPA)是环境内分泌干扰物的一种，在环境中分布广泛，动物实验中己明确其具有生殖毒性，但BPA对男性生殖的作用机制研究极其缺乏。本研究在已有样本库的基础上，利用羟甲基化DNA免疫共沉淀测序（hMeDIP-seq）技术检测了不同BPA暴露水平男性精子基因组中的羟甲基化差异谱，并在羟甲基化差异基因中选取候选基因进行了个体基因的羟甲基化分析，研究发现1）与BPA非暴露组相比，BPA暴露组精子全基因组5-hmC整体水平增加了19.3%，其中常染色体组5-hmC水平增加了19%，性染色体组5-hmC水平增加了25-26%，这表明性染色体组基因的5-hmC表达对BPA暴露更敏感。2）我们进一步分析精子表达相关基因的5-hmC水平，发现 BPA暴露组有678种相关基因5-hmC水平增高，84种相关基因5-hmC水平降低。可见BPA暴露可以影响精子表达相关基因的羟甲基化水平。3）利用qPCR进一步比较BPA暴露组与非暴露组间5hmc的水平，我们发现BPA暴露组AChE, ATP2A1, PPP2R3C 和 LINE-1这四种基因在启动子区、内含子区、5’UTR区有高羟甲基化DhMR位点。4）对个体AchE和LINE-1基因的羟甲基化进一步分析发现与BPA低暴露组相比，BPA高、中暴露组AchE和LINE-1羟甲基化水平增加，并且Ache和LINE-1羟甲基化水平在BPA影响精液质量中有一定的作用。5)在BPA日常生活暴露对男性精液质量的影响的研究中我们发现日常生活BPA暴露与精子质量（精子密度、精子头侧摆幅度等指标）下降之间具有统计学关联；并且BPA日常生活暴露可能影响男性促性腺激素FSH、LH、T的水平。本研究分析探讨了不同暴露水平下BPA对男性精子质量的表观遗传学效应，为全面揭示BPA暴露影响精子质量的分子机制奠定基础，有利于科学评价BPA的安全性，具有重要的公共卫生意义。