慢性低剂量镉暴露通过破坏血睾屏障外质特化结构导致小鼠精子发生功能障碍的机制研究

本研究针对环境镉(Cd)污染威胁男性生殖健康的重大公共卫生问题，通过建立环境相关剂量(1.45/7.25 mg Cd/(kg饲料))的慢性暴露小鼠模型，首次揭示镉通过激活混合谱系激酶结构域样蛋白(MLKL)并诱导其转位至内质网(ER)，引发过度ER应激，最终破坏支持细胞外质特化(ES)结构，导致精子发生障碍的分子机制。该发现为环境镉暴露的男性生殖毒性防治提供了新靶点。

　　

镉(Cd)作为广泛存在的环境污染物，正通过食物链在人体内不断蓄积。特别值得警惕的是，这种重金属已被证实会损害男性生殖系统——流行病学调查显示，镉暴露地区男性精子质量显著下降，但其中具体的分子机制始终笼罩在迷雾中。以往研究多聚焦于急性高剂量镉暴露的影响，而对更贴近现实的环境慢性低剂量暴露如何破坏精子发生过程，科学界仍缺乏系统认知。

为解决这一关键问题，中国的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表重要成果。研究人员创新性地采用24周膳食镉暴露模型（模拟环境实际暴露剂量：1.45和7.25 mg Cd/(kg饲料)），结合转录组学分析和分子生物学验证，首次绘制出"MLKL-ER应激-ES破坏"的级联反应通路图。这项研究不仅填补了环境毒理学领域的重要空白，更为临床防治镉相关男性不育提供了理论依据。

研究团队主要运用了以下关键技术：慢性膳食镉暴露动物模型构建、透射电镜观察睾丸超微结构、RNA-seq转录组分析、免疫共沉淀验证蛋白互作、免疫荧光共定位技术，以及原代支持细胞培养模型。所有动物实验均遵循伦理规范，使用C57BL/6小鼠建立暴露队列。

【慢性膳食镉暴露损害小鼠精子质量】
通过24周环境相关剂量镉暴露，研究首次证实该暴露模式可导致小鼠睾丸萎缩（重量下降23.5%-41.2%），精子畸形率升高2.1-3.8倍，包括无头精子和弯曲尾等典型畸形。组织学分析显示生精小管结构紊乱，提示慢性低剂量镉足以破坏精子发生微环境。

【镉暴露破坏支持细胞外质特化结构】
透射电镜首次捕捉到关键发现：镉暴露组支持细胞的ES结构出现特征性损伤——原本整齐排列的肌动蛋白束断裂，内质网(ER)与质膜间的空间构象紊乱。这种超微结构改变与血睾屏障(BTB)完整性破坏存在显著相关性（r=0.82, p<0.01），为解释镉致生殖毒性提供了结构生物学证据。

【MLKL激活触发ER应激】
转录组分析揭示出惊人发现：传统认为介导细胞死亡的MLKL蛋白，在镉暴露后异常激活并向ER转位。后续实验证实，这种转位会显著升高ER应激标志物（p-PERK水平增加3.2倍，CHOP表达上调4.5倍），而MLKL siRNA干扰可逆转该现象，确立MLKL是ER应激的上游开关。

【ER应激导致ES功能障碍】
通过构建原代支持细胞模型，研究首次证实镉诱导的过度ER应激会特异性破坏ES相关蛋白（如β-catenin和N-cadherin）的定位。关键的是，使用ER应激抑制剂4-PBA处理可恢复ES结构完整性，直接证明ER稳态对维持精子发生微环境的核心作用。

这项里程碑式的研究首次阐明：在环境相关剂量下，慢性镉暴露通过"MLKL激活-ER转位-ER应激爆发-ES结构破坏"的分子级联反应，最终导致精子发生功能障碍。特别具有临床价值的是，研究发现干预MLKL-ER应激轴可有效减轻镉毒性，这为开发靶向防治策略（如小分子抑制剂筛选）提供了明确方向。

该成果的另一个重要启示在于：即使低于现行安全标准的镉暴露，长期累积仍可能通过破坏支持细胞特殊连接结构损害生育力。这提示当前风险评估体系需要纳入更敏感的生殖功能指标。随着环境污染加剧，这项研究为理解"环境-生殖健康"的复杂关联提供了关键分子拼图，对公共卫生政策制定具有深远影响。