《Journal of Thermal Biology》：Branched-chain amino acids mitigate testicular tissue injury and impaired sperm quality in heat-stressed mice via modulation of the mTOR pathway
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引言夏季的高温和高湿度引起的热应激对人类和雄性动物的身体功能有显著影响。研究表明，在过去的30年里，超过13,000个城市经历的极端高温天气事件数量翻了一倍多，在某些城市，炎热和潮湿的气候超出了人类的耐受范围[1]。热应激对生殖功能的影响也受到了越来越多的关注。据报道，热应激会影
引言
夏季的高温和高湿度引起的热应激对人类和雄性动物的身体功能有显著影响。研究表明，在过去的30年里，超过13,000个城市经历的极端高温天气事件数量翻了一倍多，在某些城市，炎热和潮湿的气候超出了人类的耐受范围[1]。热应激对生殖功能的影响也受到了越来越多的关注。据报道，热应激会影响精子生成，最终导致男性和雄性动物的生育能力下降甚至不育[2],[3]。哺乳动物的精子生成是一个高度复杂且受严格调控的细胞发育过程，需要较低的温度环境[4],[5]。作为支持精子生成的主要器官，睾丸的温度需要比体温低2-6°C才能维持正常的精子生成[6]。对人类精子的研究显示，在炎热季节，高温与精子浓度、前向运动的精子数量以及总运动精子数量有显著负相关[7]。
血-睾屏障（Blood-Testis Barrier, BTB）位于睾丸生精小管的基底膜一侧。它是一个由紧密连接、粘附连接、桥粒和相邻塞尔托利细胞（Sertoli cells）之间的间隙连接组成的复杂连接系统，是维持睾丸内精子生成进程的核心结构[8]。先前的研究已经证实，热应激会通过破坏BTB的结构完整性来损害雄性生殖系统的功能[9],[10]。高温处理主要会诱导睾丸中塞尔托利细胞的凋亡，从而破坏BTB的结构完整性[11],[12]。
莱迪希细胞（Leydig cells）是睾丸莱迪希区（Leydig zone）中的核心功能细胞，主要负责合成睾酮，并受黄体生成素（Luteinizing Hormone, LH）的调节[13]。热应激会显著破坏莱迪希细胞的超微结构完整性。研究表明，热应激后分泌睾酮的莱迪希细胞数量显著减少[14]。高温刺激可以诱导莱迪希细胞的内质网应激反应，从而激活凋亡途径并减弱其活性，导致睾酮分泌大幅下降[15]。
由于睾丸精子生成细胞分裂次数较多且细胞内缺乏抗氧化物质，它们对热应激更为敏感[16]。现有研究表明，精原细胞（Spermatocytes）和成熟精子细胞对温度变化非常敏感。例如，在人类和大鼠中，最容易受到热损伤的细胞是减数第一次分裂（zygotene）和减数第二次分裂（pachytene）的精原细胞以及早期的圆形精细胞[17]。在精子生成过程中，热应激会导致DNA损伤，影响精子DNA的完整性并导致DNA双链断裂[18]。在减数分裂期间，热应激还会导致性染色体分离异常，导致Y染色体不成对，最终导致精原细胞凋亡[19]。目前，热应激引起睾丸结构和功能损伤的分子机制尚未完全阐明。筛选安全有效的营养素以缓解热应激造成的生殖损害具有重要意义。
支链氨基酸（Branch-chain Amino Acids, BCAAs）是动物机体必需的氨基酸，主要包括亮氨酸（Leucine, Leu）、异亮氨酸（Isoleucine, Ile）和缬氨酸（Valine, Val）。BCAAs是调节细胞合成和能量平衡的关键营养信号分子[20]。Nrf2–Keap1信号通路是维持氧化应激与抗氧化防御平衡的关键机制，Nrf2在减轻活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）引起的氧化应激损伤中起着重要的保护作用[21]。Nrf2–Keap1通路不仅反映了细胞在氧化应激条件下的防御能力，还揭示了细胞存活与凋亡之间的调节机制。然而，BCAAs与Nrf2–Keap1信号通路之间的关联仍需进一步阐明。
BCAAs还通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）来协同调节线粒体功能和蛋白质合成[22],[23]。研究表明，mTOR通过调节支持细胞中的间隙连接α-1蛋白（Gap Junction Alpha-1 protein）分布来调节精原细胞的功能[24]。在生理条件下，适度的mTORC1激活有助于蛋白质合成和细胞增殖，这对精子生成至关重要。BCAAs缺乏会导致莱迪希细胞损伤，而补充亮氨酸可以通过mTOR恢复睾酮合成[25]。长期高强度的耐力训练会导致睾丸氧化损伤和精子脂质过氧化，适度的BCAAs补充可以缓解这一现象[26]。在糖尿病大鼠中，补充亮氨酸可以改善精子形态和精子生成效率[27]。作为身体必需的功能氨基酸，BCAAs广泛参与细胞能量代谢、增殖和凋亡调节以及组织稳态维持。近年来，它们在保护生殖系统方面的潜在作用逐渐受到关注。然而，它们在调节热应激引起的雄性生殖损伤的具体作用机制和代谢途径仍缺乏系统的研究。
基于这些背景，本研究阐明了热应激导致睾丸组织损伤的机制，并结合蛋白质组学测序结果探讨了治疗热应激引起的雄性生殖损伤的方法。这为后续相关研究提供了理论参考。
段落摘录
在小鼠中建立全身热应激模型
在本研究中，我们使用38±1°C的环境温度在小鼠中建立了全身热应激模型，以模拟夏季高温暴露造成的生殖损伤。所有实验方案均经过西北农林科技大学动物伦理与福利委员会的审查和批准（批准编号：201902A299），所有程序均遵循该机构的动物护理和使用指南进行。购买了90只SPF级别的健康ICR小鼠
热应激会导致小鼠睾丸损伤并降低精子质量
为了研究热应激对雄性小鼠生殖系统的损害作用及其机制，我们在雌性ICR小鼠中建立了全身热应激模型（图1A）。RT-qPCR结果表明，与对照组相比，热应激小鼠的睾丸组织中Hsp90和Hsp70的mRNA表达水平显著升高；Hsp70的mRNA水平也显著高于对照组（图1B）。这些结果证实了
讨论
氧化应激失衡是热应激引起身体损伤的核心机制，其本质在于内源性抗氧化防御系统的动态平衡受到破坏[28],[29]。血-睾屏障（BTB）由ZO-1和Occludin等紧密连接蛋白以及N-钙粘蛋白（N-cadherin）和β-连环蛋白（β-catenin）等粘附连接蛋白维持[30]。细胞内的氧化应激会直接损害这两种类型的蛋白质，导致
结论
本研究表明，热应激会导致雄性小鼠睾丸组织发生氧化应激，进而降低血-睾屏障中紧密连接蛋白和粘附连接蛋白的表达，加剧睾丸炎症反应。最终导致睾丸组织损伤、精子生成细胞异常凋亡增加、睾酮水平下降以及精子质量降低。热应激还会引起代谢紊乱
CRediT作者贡献声明
陈梦伟：验证工作。胡林勇：监督、资源调配、项目管理、资金争取、数据管理、概念构思。马宝华：监督、资源调配、项目管理、资金争取、数据管理、概念构思。潘梦豪：写作-审稿与编辑、监督、资源调配、项目管理、资金争取、数据管理、概念构思。彭莎：写作-审稿与编辑、监督、资源调配、项目管理
伦理声明
本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究获得了西北农林科技大学动物伦理与福利委员会的批准（批准编号：201902A299）
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：32573449）和国家重点研发计划（编号：2024YFD1301004）的资助。
周洪达|王杰|何家兴|潘 Lu芳|白晓楠|陈梦伟|胡林勇|马宝华|潘梦豪|彭莎
