整合多组学分析揭示FAAH和LIPE是OBS诱导的精子生成及生育力损伤的候选靶点

《Food and Chemical Toxicology》：Integrative Multi-Omics Analysis Reveals FAAH and LIPE as Candidate Targets in OBS-Induced Spermatogenic and Fertility Impairment

　　

摘要

背景：钠对全氟壬氧苯磺酸盐（OBS）是一种新型全氟烷基醚磺酸盐，具有环境持久性和潜在生物毒性。然而，其对男性生殖健康的影响及相关分子改变仍知之甚少。

方法：整合网络毒理学、转录组学及单细胞转录组学分析、数据非依赖性采集（DIA）蛋白质组学、分子对接及小鼠实验，以探究OBS相关的精发生成毒性。

结果：脂肪酶2（FAAH）和激素敏化脂肪酶（LIPE）被优先确定为可能与OBS诱导的精发生成障碍相关的候选靶点。在非梗阻性无精子症的人类数据集中，FAAH和LIPE表达下调，且在患病样本与对照样本之间显示出鉴别能力。分子对接预测了OBS与两种蛋白之间潜在的有利相互作用构象。在小鼠中，暴露于0.5或2.5 mg/kg的OBS与生精小管结构破坏、精子质量下降、睾丸中FAAH和LIPE表达降低以及交配后后代数量减少相关。

结论：OBS暴露与小鼠精发生成受损和雄性生殖能力下降相关。FAAH和LIPE可能参与OBS相关的睾丸损伤，但其功能角色及与OBS的直接相互作用仍需进一步实验验证。这些发现为OBS的男性生殖毒性提供了补充证据，并凸显了持续评估新型PFAS替代品的必要性。

引言

不孕症影响着约10-15%的育龄夫妇，已成为一个重要的全球健康问题。男性因素约占不孕症病例的近一半；然而，男性不孕的病因复杂，不能仅由遗传因素完全解释。越来越多的证据表明，环境污染可能导致男性生殖功能障碍。在不同生命阶段暴露于环境污染物可能通过不同的生物学过程影响男性生殖健康。产前暴露与睾丸发育不良综合征及成年后生殖能力下降相关，而生后暴露可能直接干扰精发生成，导致精液质量下降和男性不孕风险增加。

全氟及多氟烷基物质（PFASs）是持久性环境污染物，与多种不良健康效应相关，包括内分泌干扰、肝毒性、免疫毒性、神经行为异常和生殖功能障碍。在这些效应中，男性生殖毒性已引起越来越多的关注。累积证据表明，传统PFASs可能损害精子功能和精发生成。例如，全氟辛烷磺酸（PFOA）和全氟辛基磺酸（PFOS）已被报道通过诱导线粒体相关凋亡和铁死亡来损害人类精子获能，从而降低受精能力。在小鼠中，PFOA暴露破坏了精子头部形态发生，抑制了顶体反应，并增加了精子氧化性DNA损伤。这些发现表明，PFASs可能通过多种生物学过程损害男性生殖功能。

钠对全氟壬氧苯磺酸盐（OBS）是一种新型全氟烷基醚磺酸盐，越来越多地被用作传统PFASs的替代品。其环境持久性、生物蓄积潜力和可能的生物毒性已引起日益增长的关注。OBS已在环境介质和人体生物样本（包括母体和脐带血清）中被检出。环境监测显示，OBS可能在受污染的 aquatic 环境中以较高浓度出现。在北京一个湖泊收集的地表水中，OBS的浓度据报道比PFOS高3.7倍。另外，在中国一家氟化工制造厂附近报告了显著升高的OBS污染，OBS浓度至少比PFOS高出两个数量级。这些发现表明，生活在或工作在工业源附近的群体可能比一般人群经历更高的OBS暴露。

尽管目前没有针对职业OBS暴露的直接生物监测数据，但一项先前的研究提出了一种基于内暴露的实验剂量选择依据。基于从现有PFAS暴露数据和先前OBS药代动力学信息的理论外推，估计0.5 mg/kg体重的OBS剂量可产生接近理论上职业相关水平的内暴露浓度。这一估计为选择具有潜在职业相关性的实验剂量提供了参考，但不应被解释为人类职业暴露的已验证定量等效值。

现有证据表明，OBS可能诱导多个器官和系统的毒性，包括肝脏、心血管系统、免疫系统、神经系统、甲状腺、肠道、胰腺及发育中的生物体。母体OBS暴露也与暴露小鼠后代脂质和氨基酸代谢紊乱相关。尽管如此，与PFOA和PFOS等传统PFASs相比，关于OBS男性生殖毒性的证据仍然有限。特别是，与OBS诱导的精发生成障碍相关的分子改变尚未得到系统表征。

网络毒理学提供了一种系统层面的策略，用于识别与化学毒性相关的潜在分子靶点和生物学通路。将网络毒理学与转录组和蛋白质组数据整合，可提高候选靶点优先排序的生物学相关性。数据非依赖性采集（DIA）蛋白质组学可实现蛋白表达变化的高通量和可重复性定量，而单细胞转录组分析则可提供候选基因主要表达的睾丸细胞群体信息。分子对接可进一步评估OBS与候选蛋白之间潜在相互作用的结构性合理性。

在本研究中，我们整合了网络毒理学、人类转录组数据、OBS暴露小鼠睾丸的DIA蛋白质组学、单细胞转录组分析、分子对接及体内实验评估。该框架用于优先确定与OBS诱导的精发生成障碍相关的候选分子靶点，并评估其在暴露小鼠睾丸中的表达。我们进一步评估了暴露于0.5和2.5 mg/kg OBS后的睾丸组织病理学、精子质量和雄性生殖表现。较低剂量参考先前研究中提出的理论上职业相关内暴露依据进行选择，而五倍剂量则用于比较高实验暴露水平下的生殖和分子改变。本研究旨在提供OBS男性生殖毒性的系统评估，并为进一步机制研究生成分子假设。

片段

OBS靶标库的构建

从策划的公共数据库中检索OBS的化学和生物学信息。OBS的规范SMILES字符串和分子结构从PubChem获取。潜在OBS相关蛋白靶点通过将ChEMBL和SwissTargetPrediction的数据整合进行预测，物种限定为智人。两个平台预测的靶标合并，去除重复条目，并根据UniProt命名法标准化基因/蛋白名称。

NOA相关转录组数据集的获取和差异表达分析

OBS相关靶点的预测和NOA相关差异表达基因的鉴定

如图1A所示，主成分分析（PCA）揭示在全转录组水平上正常样本与NOA样本之间存在一定的分离，表明两组之间存在不同的基因表达谱。随后进行差异表达分析。火山图显示了NOA样本与正常对照相比一系列显著上调和下调的差异表达基因（图1B），以及代表性差异表达基因的热图。

讨论

作为一种新型全氟烷基醚磺酸盐，OBS由于其环境持久性、生物蓄积潜力和可能的生物毒性，已引起日益增长的环境和毒理学关注。鉴于OBS可在多种组织中分布和蓄积，并已报道对雄性后代产生潜在毒性效应，其对男性生殖健康的潜在风险值得进一步研究。此外，精发生成是一个严格调控的过程，且

结论

总之，本研究提供了OBS暴露与雄性小鼠精发生成功能受损和精子质量下降相关，并伴随基于窝仔数的生育相关结局变化的证据。通过整合多组学分析和实验验证，FAAH和LIPE被优先确定为与OBS相关精发生成障碍相关的候选分子靶点。然而，由于生育评估主要基于窝仔数，且未

临床试验编号

不适用。

CRediT作者贡献声明

Tao Yin：原创草稿撰写，调查，形式化分析，概念化。Chaoyi Bian：形式化分析，数据整理。Yunxia Cao：资金获取，概念化

未引用参考文献21..

伦理声明

本研究按照ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究经安徽医科大学批准（批准号：20160270）。

伦理批准

所有动物实验均按照《动物研究：活体实验报告》（ARRIVE）指南和欧盟指令2010/63/EU（关于用于科学目的动物的保护）进行。所有实验程序均经安徽医科大学动物护理与实验伦理委员会批准（批准号：20160270）。

利益冲突声明

作者声明无竞争利益或财务利益。

数据可用性

本研究期间产生或分析的所有数据均可从通讯作者处索取。

伦理批准与参与同意

所有动物实验程序均经安徽医科大学动物护理与实验伦理委员会审查并批准（批准号：20160270）。动物实验不适用参与同意。

资助

本工作由国家自然科学基金重点项目（编号：82430051）资助。

利益冲突声明

作者声明无竞争利益或财务利益。

致谢

感谢所有支持本实验的参与者。

Tao Yin | Chaoyi Bian | Yunxia Cao