β-石竹烯缓解围产期BPA暴露诱导的沙鼠睾丸代谢功能障碍的机制研究

《Reproductive Toxicology》：β-caryophyllene mitigates metabolic dysfunction in the testes of gerbils perinatally exposed to BPA

本刊推荐：为探究如何缓解环境污染物双酚A（BPA）对雄性生殖健康的长期危害，研究人员聚焦于植物源性化合物β-石竹烯（BCP）的治疗潜力。研究发现，围产期暴露于BPA会通过建立“毒性代谢记忆”导致成年沙鼠睾丸代谢重编程和精子活力下降，而成年期短期BCP干预可有效逆转这些代谢紊乱并恢复精子功能。该研究为利用天然产物对抗内分泌干扰物引发的远期生殖后果提供了新策略。

　　

在全球男性生育力下降与环境污染日益严峻的背景下，内分泌干扰物（EDCs）对生殖健康的威胁已成为21世纪最紧迫的公共卫生挑战之一。其中，双酚A（BPA）作为一种广泛存在于食品容器、热敏纸等消费品中的持久性环境污染物，因其能够干扰关键的激素信号通路而备受关注。更令人担忧的是，根据健康与疾病的发育起源（DOHaD）假说，在围产期这一发育可塑性的关键窗口期，短暂的BPA暴露可能“编程”生理改变，使个体在成年后易患疾病。男性生殖系统在此期间尤其脆弱，但BPA诱导的潜伏性睾丸毒性的深层代谢机制，以及潜在的治疗策略，仍有待充分探索。

为此，一项发表在《Reproductive Toxicology》上的研究应运而生。研究人员利用与人类生殖生物学具有相似性的蒙古沙鼠（Meriones unguiculatus）作为模型，旨在揭示围产期BPA暴露如何通过建立“毒性代谢记忆”导致成年期睾丸代谢功能障碍，并评估天然植物化合物β-石竹烯（BCP）的治疗潜力。

为开展本研究，研究人员主要应用了以下关键技术方法：首先，建立了围产期BPA暴露（妊娠期和哺乳期，50 μg/kg/天）及成年期BCP干预（50 mg/kg/天，持续30天）的沙鼠模型。随后，通过计算机辅助精子分析系统评估精子运动参数；利用基于¹H-NMR（核磁共振氢谱）的非靶向代谢组学技术全面分析睾丸组织的代谢物谱；采用Slot-blot技术检测睾丸组织中硝基酪氨酸（NT）、4-羟基壬烯醛（4-HNE）和2,4-二硝基苯酚（DNP）等氧化应激标志物水平；并通过FRAP（铁还原抗氧化能力）法评估组织的总抗氧化能力。此外，还测定了血清中的睾酮和雌二醇水平。

3.1. Oral BCP intervention increased the blood glucose levels in gerbils

研究人员首先评估了系统的生物计量和激素参数。结果发现，围产期BPA暴露以及成年期BCP治疗，均未显著改变沙鼠的体重、体脂率、睾丸绝对重量、 gonadosomatic index (GSI) 或血清睾酮和雌二醇水平。然而，与对照组相比，接受BCP治疗的沙鼠（BPA+BCP组）血糖水平显著升高，尽管仍处于正常空腹范围内。这表明BCP可能引起了某种全身性的代谢调整。

3.2. Perinatal exposure to BPA compromises sperm motility, while BCP treatment reverses this effect in adult gerbils

在功能层面，研究揭示了关键发现。围产期暴露于BPA的沙鼠，其成年后精子前向运动比例显著降低，而非前向运动精子比例增加。这表明BPA的毒性效应具有潜伏性，直至成年才显现。至关重要的是，为期30天的BCP干预成功地逆转了这一有害效应，显著提高了前向运动精子的比例，并降低了非前向运动精子的比例。这证明BCP能够挽救由早期BPA暴露导致的精子运动功能障碍。

3.3. BPA exposure did not promote alterations in oxidative markers, although BCP intervention increased NT levels in adult gerbils

为了探究潜在机制，研究人员检测了睾丸的氧化应激状态。出乎意料的是，围产期BPA暴露并未显著改变睾丸中标志脂质过氧化的4-HNE、标志蛋白质羰基化的DNP衍生物水平，也未影响总抗氧化能力（FRAP值）。然而，BCP治疗却独特地提高了蛋白质硝化损伤标志物NT的水平。这一看似矛盾的结果可能暗示BCP的作用机制并非简单的抗氧化，或许涉及更复杂的信号通路调节，例如一氧化氮（NO）信号通路的调制。

3.4. Untargeted testicular metabolomics identifies BPA-induced metabolic alterations mitigated by 30-day BCP intervention

研究的核心发现来自于睾丸的¹H-NMR代谢组学分析。多变量统计分析（PLS-DA和s-PLS-DA）清晰显示，不同处理组的睾丸代谢谱存在显著差异，表明BPA诱导了深刻的代谢重编程，而BCP干预则使其代谢谱向正常状态回调。具体而言，围产期BPA暴露导致睾丸内多种关键代谢物含量失调：

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  中心能量代谢：作为重要能量底物的乙酸（Acetate）含量下降。
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  核苷代谢：参与能量传递和核酸合成的腺苷（Adenosine）、肌苷酸（IMP）和肌苷（Inosine）含量减少。
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  维生素代谢：具有抗氧化等功能的牛磺酸（Taurine）、吡哆醇（Pyridoxine，维生素B₆）和乙醇酸（Glycolate）含量降低。
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  磷脂代谢：构成细胞膜磷脂的关键组分乙醇胺（Ethanolamine）和O-磷酸乙醇胺（O-phosphoethanolamine）含量下降。
  通路分析进一步证实，BPA主要扰乱了丙酮酸代谢/糖异生、嘌呤代谢和甘油磷脂代谢等关键通路。而BCP治疗有效地恢复了乙酸、腺苷、IMP、肌苷、O-磷酸乙醇胺和吡哆醇等代谢物的睾丸含量，表明其能逆转BPA引发的代谢紊乱。

归纳研究结论与讨论，本研究表明，围产期暴露于环境相关剂量BPA，会在沙鼠成年后睾丸中引发一种潜伏的、自我维持的“代谢崩溃”状态，即“毒性代谢记忆”。这种代谢功能障碍主要表现为能量代谢底物匮乏、核苷合成受损、维生素稳态失衡和膜磷脂完整性破坏，从而无法支持正常的精子发生和运动功能。值得注意的是，这种长期毒性并非通过经典的氧化应激途径介导，而是源于深刻的代谢失调。

本研究的重要意义在于，它不仅首次详细描述了BPA围产期暴露所编程的成年睾丸代谢毒性表型，更重要的是发现了BCP这一天然产物的治疗潜力。BCP通过其作为 cannabinoid receptor type 2 (CB2-R) 激动剂等多种特性，能够重新编程睾丸代谢，修复被BPA破坏的代谢通路，从而挽救精子功能。这为开发基于天然化合物的干预策略，以对抗早期生命环境暴露带来的远期生殖健康风险，提供了全新的视角和有力的实验依据。尽管将结果直接外推至人类仍需谨慎，但这项研究无疑加深了我们对EDCs潜伏毒性机制的理解，并突出了在生命早期阶段防范环境污染物的重要性。