环丙沙星通过NR4A1/StAR通路抑制睾酮合成的分子机制及其生殖毒性研究

针对氟喹诺酮类抗生素环丙沙星（CIP）的生殖内分泌干扰效应不明问题，中国农业大学团队通过小鼠模型（1-75 mg/kg CIP暴露30天）结合睾丸细胞系（TM3/TM4/GC-2spd），首次揭示CIP通过下调NR4A1抑制StAR表达，阻断胆固醇线粒体转运这一睾酮合成限速步骤，导致血清睾酮（T）显著降低（1 mg/kg即有效）、促性腺激素（LH/FSH）代偿性升高及精子减少。该研究为抗生素环境残留的生殖风险预警提供了关键分子靶点。

　　

抗生素滥用引发的环境残留问题日益严峻，其中氟喹诺酮类抗生素环丙沙星（Ciprofloxacin, CIP）因化学稳定性强、在人体和动物体内检出率高而备受关注。尽管其抗菌机制明确，但作为潜在的内分泌干扰物，CIP对雄性生殖系统的影响仍存在重大知识空白。尤其令人担忧的是，青春期是性腺发育的关键窗口期，而临床常用剂量（成人0.5-1.5 g/d）折算至小鼠等效剂量（1.5-4.5 mg/kg）的长期暴露效应尚未阐明。更棘手的是，中国沿海地区孕妇尿检中CIP阳性率高达55%，且环境监测显示其在水生生态系统中的持久性残留，这使得探究CIP对睾酮（Testosterone, T）合成通路的影响成为当务之急。

中国农业大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表的研究，首次系统揭示了CIP通过核受体NR4A1/StAR信号轴干扰睾酮合成的分子机制。研究采用青春期C57BL/6J小鼠（5周龄起）进行30天CIP暴露实验（1-75 mg/kg），结合TM3 Leydig细胞、TM4 Sertoli细胞和GC-2spd精母细胞系模型，通过ELISA检测血清激素、流式细胞术分析细胞周期、转录组测序解析垂体基因表达谱，并运用分子对接预测CIP-NR4A1相互作用。

3.1 CIP暴露损伤雄性小鼠睾丸功能
组织病理学显示，5 mg/kg及以上剂量组小鼠生精小管结构紊乱，伴随精原细胞脱落和坏死（H&E染色）；75 mg/kg组精子浓度显著下降。值得注意的是，1 mg/kg"极低剂量"即能显著降低血清睾酮水平（P<0.05），同时促黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）出现代偿性升高，提示HPG轴负反馈调节被激活。

3.2 分子机制锁定StAR蛋白
Western blot发现睾丸组织中StAR（类固醇合成急性调节蛋白）、CYP17A1和HSD3B2等睾酮合成关键酶表达受抑，其中StAR作为胆固醇从胞质转运至线粒体的"守门人"，其表达量变化与血清睾酮水平呈正相关。体外实验进一步证实，5 μM CIP处理48小时的TM3细胞中，StAR mRNA和蛋白表达均被显著抑制。

3.3 NR4A1是CIP作用的关键靶点
分子对接显示CIP与NR4A1结合能达-26.57 kJ/mol，形成3个氢键（HIS41/ARG119/ARG123）和疏水相互作用（LEU42/TYR122）。qPCR和Western blot验证CIP可剂量依赖性下调NR4A1表达，而NR4A2和NR4A3未表现显著变化。这表明在Leydig细胞中，NR4A1是调控StAR转录的主导因子。

3.4 细胞周期双重阻滞现象
流式细胞术揭示CIP引发睾丸细胞特异性周期阻滞：TM3细胞停滞于S期（cyclinD1↓/cyclinA↑），TM4细胞阻滞于G2/M期（chk2↓/p-chk1↑）。这种差异可能与两类细胞DNA损伤修复应答机制不同有关，但共同导致生殖细胞增殖受阻。

3.5 垂体转录组揭示多激素干扰
RNA-seq发现1 mg/kg CIP即可改变垂体488个基因表达，包括下调促性腺激素亚基基因（Lhb
/Fshb
）和生长激素受体Ghsr
。KEGG分析显示GnRH分泌、cAMP/PKA和胰岛素信号通路均受影响，提示CIP具有广谱内分泌干扰活性。

这项研究突破性地证实，CIP通过"NR4A1↓→StAR↓→胆固醇转运障碍"通路抑制睾酮合成，且低剂量（1 mg/kg）效应反而高于治疗剂量（75 mg/kg）。这一发现为修订抗生素环境残留安全标准提供了理论依据，尤其警示儿童/青少年群体长期低剂量暴露的风险。未来研究需进一步阐明NR4A1非依赖的StAR调控补偿机制，以及CIP与其他氟喹诺酮类（如恩诺沙星）的协同效应。该成果对完善"同一健康"框架下的抗生素管理策略具有重要指导价值。