烟酰胺单核苷酸通过调控乳酸脱氢酶C乙酰化改善肥胖小鼠精子发生的作用与机制

《Communications Biology》：Nicotinamide mononucleotide treatment improves spermatogenesis in obese mice by reducing lysine acetylation of lactate dehydrogenase C

本研究针对肥胖导致的男性生育力下降问题，探讨了烟酰胺单核苷酸(NMN)对高脂饮食诱导的肥胖小鼠精子发生的改善作用。研究人员通过多组学分析发现，NMN治疗可通过降低睾丸特异性乳酸脱氢酶C(LDHC)第5、17和90位赖氨酸的乙酰化水平，增强支持细胞(SCs)的糖酵解活性和乳酸生成，从而改善精子质量。该研究为肥胖相关男性不育的治疗提供了新的潜在靶点。

　　

肥胖已成为21世纪的全球性健康问题，世界卫生组织将其定义为流行病。除了引发高脂血症、高血糖和糖尿病等慢性疾病外，肥胖还与男性生育力下降密切相关。大规模临床研究显示，超重或肥胖男性精子浓度和精子活力显著降低。动物实验也证实，高脂饮食(HFD)诱导的肥胖会导致睾丸结构破坏、精子数量减少和精子运动能力下降。

支持细胞(SCs)是睾丸中的体细胞，在精子发生过程中发挥着至关重要的作用。它们不仅为生殖细胞发育成精子提供所需的能量，还形成血睾屏障(BTB)保护生精微环境。研究表明，肥胖会破坏支持细胞的葡萄糖-乳酸代谢循环，影响精子的能量供应。此外，肥胖还会导致支持细胞数量减少、细胞萎缩，并破坏血睾屏障的完整性。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)是能量代谢的核心分子，参与蛋白质乙酰化和能量稳态的调节。肥胖动物模型中，多个组织的NAD⁺生物合成严重受损，NAD⁺水平降低伴随蛋白质乙酰化水平升高。烟酰胺单核苷酸(NMN)作为NAD⁺的关键前体分子，在预防肥胖相关并发症中发挥重要作用。然而，NMN是否能改善肥胖导致的精子发生障碍尚不清楚。

为了解决这一问题，研究人员在《Communications Biology》上发表的最新研究中，探讨了NMN对肥胖小鼠精子发生的影响及其机制。他们发现NMN治疗不仅能降低肥胖小鼠的体重、改善脂代谢，还能显著提高精子质量和睾丸功能。更重要的是，该研究首次揭示了NMN通过调节乳酸脱氢酶C(LDHC)的乙酰化水平，增强支持细胞的糖酵解活性和乳酸生成，从而改善精子发生的分子机制。

本研究主要采用了高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型，通过口服给予NMN进行干预。技术方法包括组织形态学分析、血清代谢组学、16S rRNA测序分析肠道菌群、转录组测序、蛋白质乙酰化组学分析，以及体外细胞实验验证LDHC特定乙酰化位点的功能。

NMN治疗降低肥胖小鼠体重并改善精子发生

研究人员首先建立了高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型。经过12周的高脂饮食喂养，肥胖小鼠体重显著高于正常对照组。从第13周开始，部分肥胖小鼠每天口服NMN进行干预。结果显示，NMN治疗8周后显著降低了肥胖小鼠的体重和脂肪细胞大小。更重要的是，NMN治疗改善了肥胖小鼠的精子数量、精子活力和异常精子比例，恢复了睾丸生精小管的结构完整性。

NMN治疗改善肥胖小鼠脂代谢紊乱

通过肝脏组织切片和血清脂质参数分析，研究人员发现NMN治疗显著减少了肥胖小鼠肝脏中的脂质沉积，降低了血清中甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白(LDL)水平，同时提高了高密度脂蛋白(HDL)水平。血清代谢组学分析进一步表明，NMN部分逆转了肥胖引起的代谢物表达变化，特别是与生殖功能相关的代谢物如CAR 16:1、CAR 18:2等。

NMN调节肥胖小鼠肠道菌群组成

肠道菌群分析显示，肥胖显著改变了小鼠肠道菌群的结构组成，而NMN治疗部分逆转了这些变化。在门水平上，肥胖小鼠拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度降低，变形菌门(Proteobacteria)相对丰度增加；NMN治疗进一步调节了这些菌群的丰度。在属水平上，与肥胖相关的利吉尔乳酸杆菌(Ligilactobacillus)和大肠杆菌-志贺氏菌(Escherichia-Shigella)在肥胖小鼠中丰度增加，而NMN治疗改善了这一状况。

NMN促进肥胖小鼠睾丸糖酵解过程

睾丸转录组测序分析发现，NMN治疗显著改变了肥胖小鼠睾丸中能量代谢相关基因的表达。特别是睾丸特异性糖酵解限速酶LDHC的表达在肥胖小鼠中下调，而在NMN治疗后上调。qRT-PCR和Western blotting结果证实，NMN恢复了支持细胞功能标志物Occludin、CX43的表达，调节了凋亡相关因子Bcl2、Bax和Caspase-3的表达，并提高了糖酵解关键酶Hk2、Pkm2、Ldha和Ldhc的表达水平。

NMN抑制肥胖小鼠LDHC乙酰化

蛋白质乙酰化组学分析显示，肥胖小鼠睾丸组织中整体蛋白质乙酰化水平升高，而NMN治疗降低了这一水平。特别值得注意的是，糖酵解通路中的多个酶在肥胖小鼠睾丸中呈现高度乙酰化状态，其中LDHC的乙酰化水平变化尤为显著。研究人员发现LDHC的第5、17和90位赖氨酸残基在肥胖状态下乙酰化程度增加，而NMN治疗降低了这些位点的乙酰化水平。

LDHC第5、17和90位赖氨酸乙酰化调节支持细胞乳酸和NAD⁺生成

通过体外细胞实验，研究人员进一步验证了LDHC特定乙酰化位点的功能。他们在TM4支持细胞中发现，棕榈酸(PA)处理增加了LDHC的乙酰化水平，降低了乳酸和NAD⁺的产生；而NMN处理逆转了这些效应。通过位点特异性突变实验，他们证实将LDHC的第5、17和90位赖氨酸突变为精氨酸(LDHC-3KR)后，乙酰化水平显著降低，乳酸生成和LDH活性相应提高。

本研究首次系统阐述了NMN通过调节LDHC乙酰化改善肥胖小鼠精子发生的分子机制。研究发现不仅证实了NAD⁺前体在改善男性生育力方面的潜力，还为肥胖相关男性不育的治疗提供了新的靶点。特别重要的是，该研究揭示了蛋白质乙酰化修饰在生殖能量代谢中的关键作用，为理解肥胖导致的不育机制提供了新的视角。

然而，研究也存在一定局限性。作为NAD⁺前体，NMN可能通过多种途径影响细胞代谢网络，而不仅仅是靶向单一通路。虽然研究证实SIRT2是LDHC的去乙酰化酶，但NMN也可能通过其他去乙酰化酶或乙酰化酶如PARP1发挥作用。此外，由于小鼠与人类之间存在物种差异，目前的研究结果不能完全应用于临床。未来的研究需要考虑构建表达特定人类代谢酶的转基因小鼠模型，或使用人肠道/睾丸类器官评估NMN对局部微环境的影响，以减少动物模型的干扰。

总之，这项研究为开发针对肥胖相关男性不育的新治疗策略提供了重要的理论基础和实验依据，特别是LDHC乙酰化作为一个潜在的治疗靶点，值得进一步深入研究。