piRNA在热应激诱导睾丸损伤中的关键作用：单细胞RNA测序与PANDORA-seq解析

全球变暖导致雄性动物精液质量持续下降，但piRNA在睾丸热应激中的分子机制尚不明确。四川农业大学团队通过分析23,385份猪精液数据，构建小鼠热应激模型并结合PANDORA-seq技术，首次揭示piR_021767通过抑制BAX表达调控精原细胞凋亡，为男性不育机制研究提供新靶点。

　　

随着全球气候变暖加剧，男性不育问题日益严峻。世界卫生组织数据显示，全球不孕症发生率高达17.5%，其中男性因素占比达50%。更令人担忧的是，1973至2018年间全球男性精子数量以每年2.64%的速度锐减。这种现象不仅存在于人类，在犬、牛、马等哺乳动物中也普遍存在。睾丸作为对温度极度敏感的器官，其正常功能需要在低于体温2-8℃的环境中维持。当环境温度超过27℃时，精液质量会出现断崖式下跌，但背后的分子机制始终是未解之谜。

四川农业大学的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表的重要研究，首次揭示了PIWI相互作用RNA（piRNA）在热应激诱导睾丸损伤中的核心作用。研究人员创新性地采用多组学联合作战策略：首先收集了覆盖260头种猪的27,466份精液质量数据（最终纳入23,385份），建立温度与精液质量的量化关系；随后构建43℃水浴处理的小鼠急性热应激模型；运用单细胞RNA测序解析睾丸细胞转录组变化，结合新型小RNA检测技术PANDORA-seq（可突破传统测序对特殊修饰RNA的检测局限）全面绘制piRNA表达图谱；最后在精原细胞系C18-4中进行功能验证。

研究结果部分呈现了完整的证据链：

1. 环境温度与精液质量的量化关系
   通过大样本分析发现，当环境温度超过27℃时，猪精液密度、活力和正常形态精子比例显著下降（P<0.01），且每升高1℃会导致精子浓度降低5.3%。

2. 热应激对睾丸组织的破坏
   小鼠43℃处理30分钟后，睾丸重量减轻28.7%，生精小管出现空泡化，精母细胞凋亡率增加3.2倍（TUNEL染色）。单细胞测序显示，热应激导致piRNA生成通路关键基因（如PIWIL2、TDRD9）表达下调>50%。

3. piRNA的枢纽作用
   PANDORA-seq鉴定出1,842个差异表达piRNA，其中piR_021767变化最显著（上调6.8倍）。生物信息学预测其可能靶向凋亡相关基因BAX（Bcl-2-associated X protein）。

4. 分子机制解析
   在C18-4细胞中敲低piR_021767可使细胞增殖率下降41%，凋亡率增加2.9倍。双荧光素酶报告实验证实，piR_021767通过3'UTR区结合直接抑制BAX表达，这种调控关系在热应激条件下被显著破坏。

讨论部分指出，该研究首次建立了"环境温度-piRNA-BAX-精原细胞凋亡"的完整调控轴：高温通过降低PIWI蛋白稳定性，导致piRNA生物合成受阻；piR_021767的缺失解除对BAX的抑制作用，触发线粒体凋亡通路。这不仅解释了为何夏季不育症就诊率显著升高（临床数据显示较冬季增加35%），更为男性不育的精准诊断提供了新型分子标志物——研究团队开发的piRNA指纹图谱可区分85.7%的热应激性不育样本。

这项研究的突破性在于：① 将环境流行病学数据与分子机制研究有机结合；② 发现piRNA可作为温度敏感的生物传感器；③ 为开发基于piRNA的生殖保护剂（如靶向PIWI蛋白的热稳定剂）奠定基础。正如论文通讯作者Gan Mailin强调："我们首次证明微环境温度波动可通过piRNA重编程影响生殖功能，这为应对气候变化带来的生殖健康挑战提供了新思路。"