PFOS通过肝脏-肠道菌群-睾丸轴损害精子发生：鹅脱氧胆酸代谢的核心作用

为解决全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露与男性生育力下降的关联机制不明问题，研究人员通过单细胞转录组测序、代谢组学和粪菌移植等技术，揭示了PFOS通过抑制肝脏鹅脱氧胆酸(CDCA)合成，导致必需脂肪酸(亚油酸)和脂溶性维生素(视黄醇、维生素D3 )缺乏，同时减少肠道Ligilactobacillus murinus丰度，最终通过肝-肠-睾丸轴引发精子发生障碍。该研究为PFAS类物质的代谢干扰特性提供了新见解。

　　

全球范围内男性不育问题日益严峻，过去几十年人类精子数量持续下降，其中环境污染物暴露被认为是重要诱因。作为全氟烷基物质(PFAS)的典型代表，全氟辛烷磺酸(PFOS)因其优异的稳定性在环境中广泛存在，几乎在所有人体血液样本中均可检出。尽管已有流行病学证据表明PFOS暴露与精子数量减少存在关联，但其具体作用机制尚不明确。

针对这一科学问题，中国人民解放军第三军医大学的研究团队开展了一项创新性研究，系统揭示了PFOS通过肝脏-肠道菌群-睾丸轴损害精子发生的作用机制，相关成果发表在《Journal of Advanced Research》。研究人员建立了小鼠PFOS暴露模型，整合运用单细胞核转录组测序、非靶向代谢组学、宏基因组测序等多项前沿技术，并结合鹅脱氧胆酸(CDCA)干预、粪菌移植(FMT)和特定菌株补充等实验验证，全面解析了PFOS对精子发生过程的影响及其分子机制。

研究采用的主要技术方法包括：建立小鼠PFOS暴露模型；通过10× Genomics平台进行睾丸单细胞核转录组测序；采用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)检测血清和睾丸代谢物；利用宏基因组测序分析肠道菌群组成；开展粪菌移植实验验证肠道菌群的作用；通过CDCA干预和Ligilactobacillus murinus灌胃进行功能挽救实验。

单细胞转录组学图谱揭示PFOS诱导的精子发生和生精微环境稳态破坏
通过单细胞转录组测序，研究人员发现PFOS暴露导致小鼠睾丸中各级生精细胞比例异常，晚期精子细胞比例显著降低。同时，PFOS还引起睾丸体细胞功能紊乱，包括Leydig细胞类固醇激素代谢、Sertoli细胞氧化磷酸化、肌样细胞肌肉收缩调节等通路异常。CellChat分析显示PFOS显著改变了睾丸细胞间的通讯模式，特别是减少了肌样细胞与生精细胞间的相互作用。

小鼠血清代谢组鉴定PFOS诱导精子发生障碍的代谢特征
非靶向代谢组学分析发现PFOS暴露导致血清中36种代谢物显著下调，23种代谢物上调。KEGG富集分析显示差异代谢物主要富集在胆固醇代谢和初级胆汁酸生物合成通路。值得注意的是，PFOS显著降低了血清中CDCA、甘胆酸、亚油酸、维生素D₃
和视黄醇的水平，这些代谢物水平与精子浓度呈显著正相关。

CDCA合成障碍触发PFOS处理小鼠异常精子发生
化学分析显示PFOS在肝脏中的浓度约为睾丸中的20倍。进一步研究发现PFOS暴露导致肝脏总胆固醇升高而CDCA水平降低。转录组分析表明PFOS显著抑制了人和小鼠肝脏中胆汁酸合成的限速酶CYP7A1的表达。通过CDCA干预实验证实，补充CDCA可部分恢复睾丸中亚油酸、视黄醇和维生素D₃
的水平，并显著改善PFOS引起的精子发生障碍。

肠道菌群失调参与PFOS介导的精子发生损伤和睾丸代谢紊乱
粪菌移植实验表明，接受PFOS暴露小鼠粪便菌群的受体小鼠表现出与供体相似的精子发生障碍和睾丸代谢紊乱。代谢组学分析发现受体小鼠睾丸中谷胱甘肽代谢通路相关代谢物(如亚精胺、γ-谷氨酰半胱氨酸等)显著减少，提示肠道菌群失调可能通过破坏睾丸氧化还原平衡影响精子发生。

Ligilactobacillus属是肝脏-CDCA-睾丸轴参与PFOS诱导精子发生障碍的关键环节
深入分析发现PFOS暴露显著降低了肠道中Ligilactobacillus属(包括L. murinus、L. animalis和L. apodemi)的丰度，而CDCA干预可明显改善这一现象。补充L. murinus能显著缓解PFOS引起的精子数量减少。代谢组学分析揭示L. murinus可能通过调节天冬氨酸代谢影响精子发生，实验证实PFOS暴露导致睾丸中L-天冬氨酸和D-天冬氨酸水平下降，而L. murinus干预可显著改善这一现象。

这项研究首次全面阐明了PFOS通过肝脏-初级胆汁酸-肠道菌群-睾丸轴损害精子发生的分子机制。研究发现PFOS通过抑制肝脏CDCA合成，一方面导致血清和睾丸中必需脂肪酸和脂溶性维生素水平降低，另一方面减少肠道Ligilactobacillus属丰度，最终通过代谢紊乱和氧化还原失衡引发精子发生障碍。这些发现为理解PFAS类物质的代谢干扰特性提供了新视角，也为开发基于分子、代谢物和微生物的策略来防治PFOS引起的代谢性疾病和生殖障碍提供了理论依据。

研究的创新性在于首次采用单细胞转录组技术解析PFOS对睾丸各细胞类型的影响，并系统揭示了肝脏-肠道菌群-睾丸轴在环境污染物生殖毒性中的作用。特别是明确了CDCA代谢在这一过程中的核心地位，以及特定肠道菌群(Ligilactobacillus属)的关键媒介作用。这些发现不仅拓展了对环境污染物生殖毒性机制的认识，也为相关疾病的干预提供了新的潜在靶点。