XRCC1在PAHs致精子细胞遗传毒性中的保护作用研究

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are widespread pollutants in the environment which have mutagenic, teratogenic and carcinogenic effects. Recent studies have focused on chromosome aberrations and carcinogenic effects of PAHs caused by the somatic cell DNA damage. However, it remains unclear whether environmental PAHs exposure can induce mutations in male germ cells. In the present study, we aim to evaluate the relations between PAHs internal exposure level and sperm DNA fragmentation, sperm PAH-DNA adducts, sperm 8-OHdG and p53 gene mutant frequencies in germ cells using a large population association study. Meanwhile, on the basis of good results from preliminary population and in vivo studies, we propose for the first time that XRCC1 has the protection effect on PAHs induced germ cell genotoxicity. XRCC1 testicular tissue knockout mice combined with B[a]P exposure model were also used to assess the effects of PAHs induced the germ cell genotoxicity and the protection effects of XRCC1. The results of our study will provide especially important evidence for the PAHs induced germ cell genotoxicity and its molecular mechanisms.

多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是一类在人类环境中广泛存在的具有"三致"效应的环境污染物。目前国内外的研究主要集中于PAHs引起体细胞DNA损伤后的染色体畸变及致癌作用，对环境PAHs暴露是否能诱导生殖细胞发生基因突变至今未有报道。本课题拟从人群关联研究出发，综合分析PAHs内暴露、精子DNA断裂、PAH-DNA加合物、8-OHdG及精子p53基因突变之间的内在关联；同时本课题在前期人群研究和体外实验取得较好预实验结果的基础上，首次提出DNA修复基因XRCC1对PAHs所致的精子细胞遗传毒性具有保护作用，并运用睾丸组织XRCC1条件敲除小鼠模型结合B[a]P染毒，进一步明确PAHs远期的遗传毒性效应及XRCC1的保护作用。本研究可为阐明PAHs致精子细胞遗传毒性及其机制提供科学依据。

多环芳烃（PAHs）是一类含有2个或2个以上苯环的碳氢化合物，主要来自于碳氢化合物不完全燃烧，在大气、水体和土壤中广泛存在。虽然PAHs环境浓度较低，但是由于其具有致癌性、致畸性、致突变性和脂溶性的特点，使其很容易在人体形成积累，能够对人体产生巨大危害。PAHs进入人体后在肝细胞混合功能氧化酶的作用下，活化产生大量的氧自由基可造成DNA氧化损伤，同时生成的活性代谢产物二氢二醇环氧苯并(a)芘（BPDE），能与DNA共价结合形成PAH-DNA加合物，诱导基因突变。上述研究主要集中于PAHs引起的体细胞DNA损伤和突变，PAHs暴露是否能够引起生殖细胞DNA发生突变和损伤，目前此方面的研究还很少。因此，本研究旨在通过大样本人群关联研究，探讨环境PAHs暴露对男性不育人群精子DNA损伤和突变的影响，同时采用精子细胞XRCC1条件敲除小鼠模型结合B[a]P染毒试验，解析XRCC1基因在PAHs致精子DNA损伤中的保护作用。.通过本项目研究可知，男性不育人群尿1-OHP（PAHs代表性代谢产物）水平及精子PAH-DNA加合物水平与精子DNA断链水平及精液常规质量参数（精子浓度、精子活率）存在显著关联，与精子p53基因突变率之间无显著关联。同时，本研究通过构建生精细胞XRCC1条件敲除小鼠模型研究发现，条件敲除小鼠不具备生殖能力，小鼠睾丸变小、精子数量、精子活率显著下降，生精小管出现空泡化，凋亡显著增加，结果说明XRCC1基因对于维持小鼠正常的生精功能具有至关重要的作用。利用条件敲除小鼠结合B[a]P染毒实验发现，条件敲除小鼠对于B[a]P所致的生殖毒性表现出更为严重的毒性效应，说明XRCC1对B[a]P所致的生殖毒性具有保护作用。最后，本项目利用遗传毒性化合物丙烯酰胺验证了条件敲除小鼠在筛选遗传毒性化合物中的有效性，初步表明精子细胞XRCC1条件小鼠可作为筛选遗传毒性化合物的有效模型。本项目的研究成果有助于阐明PAHs所致的生殖细胞遗传损伤效应，从而为阐述PAHs致男性生殖和遗传毒性的分子机制提供科学依据。