CNGA4/Ca2+通路在双酚A致顶体反应功能障碍中的作用机制研究

Acrosome reaction is a key procedure for merging of sperm and egg, and essential for male fertility. Our previous study showed that Bisphenol A (BPA) exposure could induce acrosome reaction damage，however the mechanism is obscure. Further research showed that BPA could decrease the calcium concentration in mice sperm, while calcium is essential for the acrosome reaction. In the mean time, cyclic nucleotide gated calcium channel CNGA4 was the most significant changed gene. Bioinformatic analysis showed that several CNGA4-related calcium transportation genes changed significantly. According to these evidence, we speculated that CNGA4/Ca2+ pathway might play a pivotal role in mediating BPA-induced acrosome reaction defect. Function of CNGA4 in reproductive system was not reported to date. In this study, BPA-exposed mice and cellular models would be used to investigate the specific influence of BPA on the expression and function of CNGA4, Ca2+ influx and acrosome reaction. Besides, agonist, antagonist and siRNA technology would be used to upregulate or downregulate CNGA4 expression to investigate the regulatory function and molecular mechanism of CNGA4 in BPA-induced acrosome reaction damage. This study will provide new experimental evidence to BPA reproductive toxicity.

顶体反应是精子与卵子结合的关键步骤，是男性生育能力的重要保证。前期我们发现双酚A（BPA）能抑制精子顶体反应，但相关作用及机制还不清楚。进一步研究发现BPA会造成顶体反应过程中起关键调控作用的钙离子浓度的降低，且环核苷酸门控钙离子转运通道CNGA4变化最为显著。生物信息学分析发现与CNGA4有关的多个钙离子转运通道基因均发生明显改变。据此我们推测：CNGA4/Ca2+通路可能是BPA致精子顶体反应功能障碍的关键途径，而关于CNGA4在生殖系统中的功能和机制均未见报道。本研究拟采用BPA染毒小鼠的体内外模型，研究BPA对CNGA4表达与功能的具体影响，及其对Ca2+内流和顶体反应的影响；同时通过特异性激动剂、抑制剂和siRNA等技术上调或下调CNGA4表达，观测其在BPA导致的顶体反应功能障碍中的调控作用及分子机制，为BPA的生殖毒性研究提供新的资料。

双酚A（BPA）是人们在日常生活用品中广泛接触的一种塑化剂，BPA的雄性生殖毒性在人群以及动物研究中都得到了证实。BPA对顶体反应过程的损伤作用是其雄性生殖毒性的重要表现，BPA在这一过程中的作用机制尚不完全清楚。CNG通道作为精子中重要的钙离子通道，其在顶体反应过程中的作用机制尚不明确。本课题主要研究了CNGA4/Ca2+通路在BPA导致的小鼠精子顶体反应功能障碍中的作用机制。研究内容主要包括：首先通过动物体内BPA染毒模型确定CNGA4的表达与分布改变情况；接着借助精子的体外染毒模型，以及CNGA4抗体阻断实验探索CNGA4对顶体反应发生的影响；然后通过过表达及敲低CNGA4的细胞模型，研究CNGA4对顶体反应相关基因的影响，阐明其可能的作用机制；此外，还进行了对NCBI测序数据的挖掘，对CNGA4基因的组织及细胞表达特征，以及受组蛋白调控情况进行了分析。研究结果显示CNGA4可以影响精子及GC2细胞的Ca2+和ROS水平，过表达CNGA4具有促进凋亡同时抑制增殖的作用，敲低CNGA4之后促进增殖抑制凋亡。CNGA4基因可以对顶体生成相关基因产生影响，典型代表基因有Gba2，Gba2对于精子的骨架系统、对于支持细胞的脂代谢以及精子头部的形态及功能至关重要，此外CNGA4可以影响精子中波形蛋白（VIM）的表达，VIM在精子头部染色的深浅可以作为判断顶体反应发生与否的标准。CNGA4是受到H3K4me3、H3K4me1、H3K27ac和CTCF等组蛋白及转录因子调控的，根据文献资料，BPA是显著影响组蛋白修饰的，因此BPA通过影响组蛋白修饰进而调控CNGA4的表达为其可能作用机制之一。