氧化应激在Leydig细胞老化易感性的机制研究

Leydig cells experience aging process, with the reduction of testosterone biosynthesis, thus adversely affecting the life quality of males, such as lower libido, osteoporosis, and diabetes. We hypothesize that age-related changes in the biology of Leydig cells result in the increased susceptibility of aged Leydig cells to acute oxidative stress, and therefore that aging poses a significant risk factor for the effects of environmental agents such as tert-butyl hydroperoxide and phthalates on these cells. Rats and transgenic mice （2 strains of γ-glutamylcysteine ligase and Nrf2 knockout mice）will be used to study consequences of age-related and experimentally-induced intracellular redox environment on Leydig cell susceptibility to acute oxidative stress; and the role of MAPK signaling. We will further determine the role of the Nrf2/Keap1 signaling system in regulating the alteration of the redox environment of aging Leydig cells, and thus cellular susceptibility to acute oxidative stress. Using experimental treatment to increase GSH and maintain the homeostasis of oxidation-reduction to antagonize age-related reduction of testosterone biosynthesis caused by oxidative stresses. This will provide an optimal protocol to prevent and treat Leydig cell aging.

睾丸Leydig细胞老化，睾酮合成能力降低，容易导致性欲减退、骨质疏松和糖尿病，最终降低男性整体生活质量。我们假设：Leydig细胞老化相关的生物学变化会增加老化Leydig细胞对急性氧化应激的易感性。因此，衰老是环境因素对睾丸Leydig细胞影响的高危因素。本项目探讨衰老在老年Leydig细胞对急性氧化应激易感性中所起的作用。以大鼠和转基因小鼠（2种γ-谷氨酰半胱氨酸连接酶和Nrf2敲除）的年轻和老年Leydig细胞，用环境污染物包括叔丁基过氧化氢和邻苯二甲酸酯类实验诱发细胞内氧化还原环境的改变，以及在体实验，探索Leydig细胞急性应激易感性之间的因果关系和MAPK信号传导作用，确定Nrf2/Keap1信号系统在调节老化Leydig氧化还原环境改变中的作用。采用实验处理增加GSH和氧化还原平衡以对抗老年Leydig因氧化应激造成睾酮下降，为预防和治疗Leydig老化提供最佳方案。

睾丸Leydig 细胞老化可引起睾酮合成能力降低，导致性欲减退、肌肉萎缩、腹部脂肪增加、骨质疏松和神经系统退行性变化，最终降低男性整体生活质量。本课题的主要目标是研究Leydig细胞老化的发生机理以及老化相关的生物学变化是否会改变Leydig 细胞对急性氧化应激的易感性。关于衰老发生机理方面，我们发现：1）敲除氧化应激调节基因Nrf2可以加速Leydig细胞老化进程，表明细胞内氧化应激水平是Leydig细胞老化的诱发因素之一。2）通过化学方法，去除老化Leydig细胞，我们成功地在老年大鼠睾丸内再生出年轻的Leydig细胞。但其在老年睾丸内老化的速度较年轻大鼠体内老化速度更快，证明睾丸内环境也可能是导致Leydig细胞老化的诱因。3）我们利用基因深度测序技术，详细比较年轻及老化Leydig细胞的转录组变化。结果发现：在前10位最显著变化的代谢通路中，与炎症相关的占了4条，表明睾丸内炎症反应可能是Leydig细胞老化的另一个重要诱因。而该因素可能是通过增加细胞内氧化应激水平而起作用。在研究Leydig 细胞对急性氧化应激的易感性方面，我们发现，Leydig细胞产生睾酮的能力和细胞的总体活性水平呈负相关。在高浓度叔丁基过氧化氢的作用下，与年轻Leydig细胞相比，老化细胞整体活性（ATP含量）下降更快，但其合成睾酮的能力则下降更慢，表明氧化应激对细胞的活性（ATP产生）的影响和对睾酮合成通路的影响，可能是通过不同的机理。最后，作为治疗雄激素水平低下的可能手段之一，我们也研究了体内移植干细胞增加Leydig细胞功能的可能性。.本项目通过5个主要实验，证明：1）多种因素共同作用致使Leydig细胞老化；2）老化不总伴随着细胞对外部不利因素的敏感性增加。其取决于细胞内不同的代谢通路或功能，有些功能是随年龄增加而钝化的；3）干细胞移植技术具有未来治疗雄激素低下的前景和可能性。