甘油补充减轻了肥胖大鼠的睾丸炎症及 miRNA 失调

《Reproductive Toxicology》：Glycerol supplementation attenuates testicular inflammation and miRNA dysregulation in obese rats.

# 摘要

肥胖相关的男性生殖功能障碍越来越多地与代谢失衡、睾丸炎症、晚期糖基化终末产物/受体（AGE/RAGE）激活以及microRNA失调有关。本研究探讨了甘油补充是否能调节高脂饮食（HFD）诱导的肥胖大鼠中的这些通路。成年雄性大鼠分为四组（每组n = 6）：对照组、HFD组（8周诱导）、甘油组（800 mg/kg，45天）和HFD + 甘油组。评估体重、睾丸重量、生殖腺体指数及睾丸组织病理学（Johnsen评分、管状分化指数、精子发生指数），同时检测血清葡萄糖和甘油三酯水平，通过qRT-PCR检测睾丸中RAGE、核因子κB（NF-κB）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-8（IL-8）、miR-143、miR-155和miR-146a的mRNA表达水平，通过免疫组化检测AGE、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、IL-1β和NF-κB的蛋白表达。HFD喂养使血清葡萄糖和甘油三酯升高，上调RAGE、NF-κB、IL-1β、IL-8、miR-143和miR-155的表达，降低miR-146a的表达，并增加AGE、TNF-α、IL-1β和NF-κB的免疫阳性染色。HFD还显著降低了睾丸重量、生殖腺体指数以及三项组织学指标。单独给予甘油未产生不良代谢、炎症或组织学改变。在HFD喂养的大鼠中，甘油显著降低了血清甘油三酯，使RAGE、NF-κB、TNF-α、IL-1β和miR-146a的转录反应恢复正常，减少了AGE积累和炎症蛋白的免疫阳性反应，部分纠正了miR-143，将睾丸绝对重量恢复至与对照组相当的水平，并大幅改善了睾丸组织学结构。然而，血清葡萄糖改善仅接近显著水平，miR-155无变化，组织学指数和炎症蛋白免疫阳性反应未恢复至对照组水平。因此，甘油补充可减轻但不能完全逆转肥胖相关的睾丸炎症失调和结构损伤。

# 引言

肥胖是影响全球生殖健康的最重要代谢性疾病之一[1]。最新的全球估计显示，目前全球肥胖人数已超过十亿[2]。超重和肥胖影响相当大比例的成年人口，其中育龄男性的肥胖率增长尤为迅速[3]。肥胖越来越多地被确认为导致男性亚育能力的临床相关因素，除了其与2型糖尿病、心血管疾病、血脂异常和慢性低度炎症的已知关联外[4]，[5]，[6]。流行病学和实验证据表明，高脂肪含量可能损害下丘脑-垂体-性腺轴，降低睾酮生物利用度，改变支持细胞和间质细胞功能，影响精子发生，并损害精子浓度、活力、形态、线粒体活性和DNA完整性[7]，[8]，[9]，[10]，[11]，[12]。睾丸是一个独特环境，需要精密调控的代谢、内分泌、氧化和免疫稳态[13]，因此肥胖诱导的代谢应激可能使微环境向炎症、晚期糖基化、氧化损伤和生殖细胞支持受损方向发展[14]，[15]，[16]。因此，了解将肥胖与睾丸功能障碍联系起来的分子网络至关重要，以找到能够保护男性生殖能力的预防或治疗策略。

近期研究表明，肥胖相关的男性不育不仅是系统性代谢失衡的结果，还反映了睾丸组织中的直接炎症和分子变化[17]，[18]。在高脂饮食模型中的研究表明，肥胖可导致睾丸脂质失调、氧化应激、炎症激活、类固醇生成受损、生殖上皮紊乱和精子发生效率降低[14]，[19]，[20]，[21]，[22]；具体而言，饮食诱导的肥胖与促炎介质上调、核因子κ（NF-κB）依赖性信号传导、细胞因子失调以及生精小管结构紊乱有关[23]，[24]。此外，肥胖促进晚期糖基化终末产物（AGE）的形成、AGE-RAGE相互作用以及通过激活NF-κB和相关细胞因子级联反应增强炎症信号传导[25]，[26]。该AGE/RAGE/NF-κB轴与睾丸损伤特别相关，因为它可能将高血糖、血脂异常、氧化应激和固有免疫激活与受损的支持细胞-生殖细胞通讯及精子发生失败联系起来[24]，[27]。尽管关于肥胖诱导的睾丸功能障碍的研究越来越多，但同时评估代谢标志物、炎症基因表达、炎症蛋白定位和miRNA介导的调控网络的研究仍很少涉及。

肥胖相关男性不育的传统治疗策略包括生活方式调整、热量限制、结构化运动、减重和代谢状态改善[28]。临床和实验研究表明，减重可能使生殖激素谱和某些精液参数恢复正常[29]，[30]，尽管生育力恢复的幅度和稳定性仍存在变异性。基于运动的干预措施已被证明通过改善胰岛素敏感性、减少脂肪含量、减少氧化应激和减少炎症信号，对肥胖引起的生殖损伤具有保护作用[31]。对于严重肥胖，也曾提出减肥手术[32]，但其对男性生育力的长期影响仍在讨论中，特别是快速减重和营养缺乏可能暂时损害精子质量。同时，研究了多种实验干预措施以减少肥胖诱导的睾丸损伤影响，包括抗氧化剂、抗炎补充剂、代谢调节剂、益生菌以及线粒体和炎症调节剂[33]，[34]，[35]，[36]。在该治疗领域中，甘油值得从机制上进行关注，因为它是一种代谢活性底物，参与甘油三酯周转平衡、糖异生、水合生理和细胞渗透调节[37]，[38]，[39]。然而，其在调节与肥胖相关的睾丸炎症信号方面的潜在作用仍缺乏充分表征。这一空白尤为重要，因为甘油补充可能影响葡萄糖和脂质的全身稳态，从而改变与睾丸功能障碍直接相关的炎症和糖基化通路[40]，[41]，[42]，[43]。炎症信号是肥胖与男性生育力受损之间的核心机制联系[20]。在肥胖患者中，脂肪组织扩张促进巨噬细胞浸润和炎症介质的全身释放，这可能影响远处的生殖器官，包括睾丸[17]，[44]。AGE产生增加可能激活组织水平的RAGE并诱导胞内信号事件，这些事件与NF-κB汇聚，导致促炎细胞因子如白介素-1β（IL-1β）、白介素-8（IL-8）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的转录过度激活[45]，[46]，[47]。这些介质还可能干扰血睾屏障，损害支持细胞功能，改变间质细胞的类固醇生成能力，并为生殖细胞发育创造不利微环境[14]，[17]，[48]。重要的是，该炎症网络还受到microRNA的调节，这些microRNA作为免疫、代谢和应激反应通路的转录后调节因子发挥作用[49]。miR-146a-5p是NF-κB驱动的固有免疫信号的经典负反馈调节因子：它本身是NF-κB诱导的基因，其产物抑制信号适配器IRAK1和TRAF6，因此其表达反映了对NF-κB内源性制动机制完整性的报告，而不仅仅是炎症输出[50]，[51]。晚期糖基化终末产物参与同一回路，增加巨噬细胞中miR-146a-5p并下调IRAK-1，尽管反应方向具有细胞类型依赖性[52]，[53]。miR-155-5p构成相反的调整臂。其宿主基因携带NF-κB响应启动子元件，通过抑制负调节因子SHIP1/INPP5D和SOCS1维持炎症信号[54]，[55]，[56]；它涉及睾丸炎症，其中外泌体miR-155-5p驱动睾丸巨噬细胞的促炎激活[57]，并且在肥胖男性精子中被改变[58]。miR-143-3p提供了代谢联系。它对于脂肪细胞分化是必需的，在肥胖中过表达，并通过抑制ORP8损害胰岛素刺激的AKT激活和葡萄糖稳态，随后MAP2K5被验证为脂肪生成中的直接靶点[59]，[60]；然而，其体内对脂肪生成的必要性未得到一致支持[61]。将其纳入是为了测试睾丸miRNA反应是否追踪全身脂质紊乱而非仅追踪炎症[62]。因此，同时评估RAGE、IL-1β、NF-κB、IL-8、miR-146a、miR-155和miR-143提供了一个整合框架——NF-κB信号的一个负调节因子、一个正放大器以及脂质处理的一个代谢调节因子——用于研究肥胖如何改变睾丸炎症基因表达的调控，以及甘油补充是否调节此反应。

因此，本研究旨在评估甘油补充对肥胖大鼠代谢状态和睾丸组织炎症调控的影响。使用高脂饮食模型，我们通过qRT-PCR检测了血清甘油三酯和葡萄糖水平、睾丸中RAGE、IL-1β、NF-κB、IL-8、miR-146a、miR-155和miR-143的mRNA表达，以及通过免疫组化检测组织中TNF-α、IL-1β、NF-κB和AGE的蛋白表达。本研究的创新之处在于，它在饮食诱导的肥胖大鼠中整合了甘油补充后睾丸组织中的AGE、RAGE和NF-κB炎症轴以及与炎症相关的miRNA。这一方法可能提供新的机制见解，了解甘油是否可以调节肥胖在男性生殖系统中诱导的炎症信号，并有助于阐明其作为代谢调节剂在治疗肥胖相关睾丸功能障碍中的潜在意义。

# 各节摘要

# 材料与方法

本研究是一项随机对照实验（体内）研究，旨在评估甘油补充在高脂饮食诱导的肥胖大鼠模型中对代谢参数和睾丸炎症及miRNA相关信号的影响。该研究在伊朗乌尔米耶的乌尔米耶大学和乌拉玛耶西阿塞拜疆科技园的Rasta特殊研究所（RSRI）进行。

## 甘油减轻HFD诱导的睾丸重量降低和组织学损伤

在第1周，四组之间体重无显著差异（所有p > 0.95；图1E，补充表S1），证实了基线可比性。从第3周开始，HFD喂养的动物体重显著高于对照组（p = 0.0101），从第4周到第14周，差异达到p < 0.0001。在8周诱导期结束时，即在甘油给药开始之前，HFD喂养的大鼠显著重于对照组（262.0 vs 212.1 g；p < 0.0001）。

# 讨论

本研究旨在确定甘油补充是否能减轻与肥胖相关的代谢紊乱、AGE和RAGE激活、炎症信号传导以及与肥胖大鼠睾丸组织炎症相关的miRNA失调。本研究很重要，因为肥胖相关的男性生殖功能障碍越来越多地被确认为一种多因素疾病，包括系统性代谢功能障碍、睾丸局部炎症、应激

# 结论

总之，HFD诱导的肥胖促进了系统性代谢紊乱并激活了大鼠睾丸组织中与AGE/RAGE相关的炎症信号传导，伴随睾丸重量、生殖腺体指数和精子发生指数的显著降低，以及NF-κB、TNF-α、IL-1β、IL-8、miR-143和miR-155表达增加和miR-146a表达降低。甘油补充显著改善了HFD诱导的高甘油三酯血症，恢复了睾丸绝对重量至

# 伦理批准与参与同意

所有实验操作均按照相关的机构和国际指南和实验室动物饲养与使用法规进行，并按照ARRIVE指南报告。本研究获得了伊朗乌尔米耶Rasta特殊研究所（RSRI）动物照护与使用委员会的批准（批准编号：RSRI-RR-405/112）。本研究不涉及人类参与者，因此参与同意不适用。

# 生成式AI及AI辅助技术在稿件准备过程中的声明

作者仅利用人工智能工具进行语法修正和语言润色以确保稿件的清晰度。最终版本经过作者彻底审阅和批准。

# 资助

本研究未获得公共、商业或非营利部门资助机构的任何特定资助。

# CRediT作者贡献声明

Zahra Ghaffari Sadaghiani：撰写 – 初稿，调查研究。Amir Nomanzadeh：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，验证，监督，软件，方法论，形式分析，数据管理，概念化。Farzaneh Barazesh：撰写 – 初稿，调查研究。Hayedeh Faramarzi：撰写 – 初稿，可视化，调查研究。

# 利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能影响本文报告的工作。

# 致谢

作者感谢RASTA特殊研究所（RSRI）和乌尔米耶大学提供的技术支持。

# 利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

Amir Nomanzadeh|Farzaneh Barazesh|Hayedeh Faramarzi|Zahra Ghaffari Sadaghiani

Rasta特殊研究所（RSRI），西阿塞拜疆科技园（WASTP），Nazlou路，乌尔米耶5756115265，西阿塞拜疆，伊朗