活性氧介导的内质网应激在镉致小鼠睾丸生殖细胞凋亡和自噬中的作用

本课题拟在前期研究证实镉暴露诱发小鼠睾丸生殖细胞凋亡和内质网应激的基础上，进一步检测镉暴露是否引起小鼠睾丸生殖细胞的自噬作用；深入研究镉对参与凋亡过程的Fas/FasL通路、线粒体通路和内质网应激通路的调控作用，以探讨镉致睾丸生殖细胞凋亡的可能途径；深入研究镉对参与自噬过程的Akt-TSC1/2-mTOR信号通路的调控作用，以探讨镉致睾丸生殖细胞自噬的可能机制；通过观察体内条件下内质网化学分子伴侣或GRP78过表达对镉暴露引起小鼠睾丸生殖细胞凋亡和自噬的对抗效应，重点阐明活性氧介导的内质网应激在镉致睾丸生殖细胞凋亡和自噬中的作用；通过观察内质网化学分子伴侣或GRP78过表达对镉调控小鼠睾丸生殖细胞参与凋亡和自噬过程相关信号通路的拮抗作用，阐明活性氧介导的内质网应激诱发睾丸生殖细胞凋亡和自噬的分子机制。本课题为最终阐明镉暴露对人类男性生殖过程的损害作用及其分子机理并制定防治对策提供理论依据。

镉是重要的环境内分泌干扰物和生殖毒物，对雄性生殖和精子发生具有损害作用。越来越多的证据表明镉能够引起成年雄性大鼠或小鼠睾丸生殖细胞凋亡，但目前对镉引起睾丸生殖细胞凋亡的分子机制远未阐明。本课题主要探讨活性氧介导的内质网应激在镉致小鼠睾丸生殖细胞凋亡中的作用。研究结果显示：给予雄性小鼠CdCl2，引起睾丸生殖细胞凋亡，睾丸组织裂解型caspase-3水平增加，并有明显的时间和剂量-效应关系；镉引起睾丸组织线粒体Bax表达上调，细胞色素c从线粒体释放到胞质，继而引起裂解型caspase-9表达增加；而Fas和FasL表达没有明显变化，提示成年小鼠急性镉暴露可能通过线粒体通路引起睾丸生殖细胞凋亡。另外，镉诱导小鼠睾丸裂解型XBP-1(sXBP-1) mRNA显著上升，睾丸生殖细胞核蛋白中活性XBP-1水平明显上调，并导致睾丸JNK蛋白磷酸化，提示内质网应激IRE-1信号通路被激活。镉明显上调睾丸GRP78与CHOP蛋白表达，镉暴露组eIF2α磷酸化水平升高并有明显剂量-效应关系，提示ATF6 和PERK信号通路被激活。内质网化学小分子伴侣PBA不仅明显减轻镉所致睾丸内质网应激和非折叠蛋白反应，而且明显抑制睾丸生殖细胞凋亡，提示内质网应激介导镉引起的睾丸生殖细胞凋亡。此外，PBA几乎完全抑制镉引起的细胞色素c从线粒体向细胞质的渗漏，提示内质网应激和线粒体信号通路的交互作用介导镉所致睾丸生殖细胞凋亡。进一步研究发现，抗氧化剂NAC与褪黑素明显抑制镉诱导的睾丸内质网应激和非折叠蛋白反应，保护镉诱导的睾丸生殖细胞凋亡。综上所述，本研究得出如下结论：急性镉暴露诱发睾丸生殖细胞凋亡，内质网应激和线粒体信号通路的交互作用介导镉所致睾丸生殖细胞凋亡，活性氧在镉诱发内质网应激和随后所致睾丸生殖细胞凋亡过程起重要作用。此外，结合本课题组和研究工作的特点，同时开展了下列研究：（1）抗坏血酸对镉诱导的睾丸生殖细胞凋亡的保护作用。结果发现急性镉暴露能够诱导睾丸生殖细胞凋亡，而采用抗坏血酸预处理能够抑制内质网应激和非折叠蛋白反应保护镉诱导的睾丸生殖细胞凋亡。（2）孕期母体镉暴露对子代雄鼠生殖发育的影响。结果显示：孕期母体镉暴露可能会损害胎儿期的睾丸发育及睾酮合成，胎盘能够阻止大部分镉从母体转运给胎鼠。这些研究成果为最终阐明镉暴露对人类男性生殖过程的损害作用及其分子机理并制定防治对策提供理论依据。