孕前和产后接触环境水平的砷会通过影响后代的精子发生和成熟过程，从而降低男性的生殖功能

《Environmental Research》：Prenatal and postnatal exposure to environmental level arsenic declines male reproductive function by affecting spermatogenesis and maturation in offspring

本研究通过建立孕期及哺乳期砷暴露小鼠模型，评估砷对子代雄性生殖系统的影响，发现低剂量砷暴露导致精子质量下降及生精过程异常，并揭示头发砷水平与多个生殖参数的相关性，为环境砷暴露健康风险评估提供依据。

　　

宋晓超|杨旭|傅伟翔|邢颖|程晨凯|田晓辉|杨伟|赵丽英|卢一光|向莉|程傲|刘舒|梁晨|白健|张建海

山西农业大学兽医学院，中国山西省晋中市，030801

摘要

水、土壤和食品中的砷污染是全球健康关注的问题，然而，现实生活中的砷暴露与新兴成年群体的男性生殖毒性风险之间的关系尚不清楚，有效的早期预警指标也缺乏。为了解决这一问题，建立了一种小鼠模型，这些小鼠从交配前4周开始通过饮用水暴露于环境水平的砷（0、0.02、0.1和0.5 mg/L As?O?），直至后代成熟（PND161）。系统评估了与男性生殖相关的50个参数。结果显示，砷暴露导致后代从PND91到PND161期间精子活力和精子数量下降，精子畸形率增加。砷还通过不同地影响睾丸减数分裂和附睾关键蛋白，损害了精子发生和精子成熟过程。值得注意的是，大多数评估参数的变化与砷暴露时间的增加呈剂量-反应关系。此外，精子活力、精子畸形率、附睾中的Ovch2表达以及睾丸中的Bcl2、Sycp3和Stag3表达与头发中的砷含量变化最为相关。本研究为评估现实生活中的砷暴露对儿童生殖健康的风险提供了基础，并确定了用于监测、诊断和环境评估的敏感生物标志物。

引言

砷（As）在自然环境中广泛存在，尤其是在地下水中（Podgorski等人，2017年），这对公共健康和生态系统构成威胁（Bundschuh等人，2022年；Chen等人，2021年）。全球约有9400万至2.2亿人暴露于超过世界卫生组织（WHO）推荐的10 μg/L砷含量的地下水中（Podgorski等人，2020年；Zheng，2020年）。然而，目前的10 μg/L安全剂量似乎并不安全，尤其是在生物易感早期阶段（Mahar等人，2023年）。此外，孕期和儿童期的低水平砷暴露与儿童和成年期肺部疾病、心血管疾病和癌症发病率的增加有很强的关联（Cui等人，2021年；Richter等人，2022年；Signes-Pastor等人，2021年；Wang等人，2018年）。因此，迫切需要深入探讨产前和产后砷暴露的健康风险。

随着全球生育率的持续下降，砷的生殖毒性风险受到了更多关注（Skakkebaek等人，2022年）。根据先前的研究，砷会通过改变睾丸和附睾的形态、抑制睾酮分泌以及抑制精子发生来导致男性生殖毒性（da Cunha de Medeiros，2019年）。母体砷暴露与雄性后代的生殖障碍发展有很强的关联（Souza等人，2023年）。此外，母体产前砷暴露主要通过氧化应激途径影响青少年和成年雄性大鼠的生殖参数（Souza等人，2021年）。砷还会促进雌性动物男性化，改变发育并降低大鼠的生育能力（Souza等人，2020年）。然而，大多数发现都是短期和高剂量砷暴露的结果，这远远超出了日常环境中的砷含量。因此，研究慢性环境水平砷暴露对男性生殖健康的风险具有重要意义。

由于砷在环境中以三价砷酸盐（As3?）或五价砷酸盐（As??）的形式存在，而As?O?在水中高度可溶，溶解时会释放As3?（Biswas等人，2023年）。As3?通过氧化损伤、程序性细胞死亡和代谢紊乱等途径影响身体的生理功能（Fang等人，2020年；Yan等人，2024年）。As?O?可以直接模拟环境中无机砷的毒性，目前广泛用于构建砷暴露模型。因此，首先建立了一个基于现实生活环境的前产和产后砷暴露小鼠模型，并在五个发育阶段（哺乳期、性成熟期、身体成熟期、成年期和成熟成年期）全面系统地评估了与男性生殖相关的50个参数。进行了头发中砷含量与各种生殖参数之间的相关性分析。本研究旨在识别更敏感的生物标志物，以评估环境砷暴露对健康的影响，从而为早期预警、诊断和预防慢性砷中毒提供重要指导。

部分摘要

砷暴露溶液

根据三氧化二砷（As?O?，纯度≥99.0%，Sigma-Aldrich，产品编号132753-3）的溶解特性，制备了0.5 g/L的储备溶液，然后进行稀释。关键操作步骤如下：将0.050 g的化合物溶解在含有20 mg氢氧化钠的10 mL超纯水中，在70°C下搅拌15分钟，制备出500 mg/L的三氧化二砷储备溶液。随后使用1 M盐酸将溶液中和至pH 7.0。

设计和评估产前及产后环境水平砷暴露的小鼠模型

本研究首次设计了从受孕前到后代成熟期间环境相关浓度的砷暴露小鼠模型（图1A），旨在评估现实生活中的砷暴露的健康风险。实验期间，砷暴露组与对照组在每日食物和水的摄入量、睾丸重量和睾丸系数方面没有差异（图1B和C）。附睾重量也

讨论

地下水中的砷在全球范围内带来了巨大的健康风险（Xu等人，2022年）。早期生活环境暴露的生物学后果引起了更多国际关注（El-Ghiaty等人，2023年），越来越多的证据表明，产前和产后暴露于有害物质会增加后代的健康风险（Chen等人，2023年；Jamnik等人，2022年；van den Dries等人，2021年）。然而，产前和产后暴露的影响

结论

总体而言，产前和产后低剂量砷暴露降低了后代的精子质量和生育能力。同时，砷改变了睾丸和附睾的形态结构，诱导了睾丸细胞凋亡而不是自噬或焦亡。砷还干扰了精子发生和精子成熟过程，这是基于在不同生命阶段对睾丸减数分裂和附睾关键蛋白表达的不同影响

CRediT作者贡献声明

宋晓超：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，资源准备，形式分析，概念化。杨旭：撰写——审稿与编辑。傅伟翔：撰写——初稿，方法学，研究。邢颖：方法学，研究，概念化。程晨凯：方法学，研究。田晓辉：撰写——初稿，数据管理。杨伟：方法学，研究。赵丽英：可视化。卢一光：方法学。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（资助编号2023YFD1801100）、国家自然科学基金（32072934）、山西留学基金委员会支持的研究项目（编号2022-101）、山西省自然科学基金（202403021211193）、山西现代农业产业技术研究系统专项基金（2021–2025）以及山西人才计划（SJYC2024035）的资助。