PEPCK(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)介导的铜死亡(cuproptosis)下调机制,通过引发活性氧(ROS)的过量产生,参与了三氯生(triclosan)对小鼠睾丸的生殖损伤作用

《Free Radical Biology and Medicine》:The downregulation of PEPCK mediated cuproptosis is involved in triclosan induced reproductive damage in mouse testes via triggering ROS overproduction

【字体: 时间:2026年06月10日 来源:Free Radical Biology and Medicine 8.2

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  丁彦军|洪一凡|周小竹|陈静|唐浩辉|孙斌荣|纪凤鸣|米金文|龙春兰|沈连菊|吴胜德|魏月新|魏光辉重庆医科大学儿童医院泌尿科,国家儿童健康与疾病临床研究中心,教育部儿童发育与疾病重点实验室。中国重庆400014摘要三氯生(TCS)是一种广泛使用的广谱抗菌剂,已被证明会对男性生殖

  
丁彦军|洪一凡|周小竹|陈静|唐浩辉|孙斌荣|纪凤鸣|米金文|龙春兰|沈连菊|吴胜德|魏月新|魏光辉
重庆医科大学儿童医院泌尿科,国家儿童健康与疾病临床研究中心,教育部儿童发育与疾病重点实验室。中国重庆400014

摘要

三氯生(TCS)是一种广泛使用的广谱抗菌剂,已被证明会对男性生殖系统造成损害。然而,TCS引起睾丸损伤的具体机制尚未完全明了。在本研究中,小鼠从妊娠第56天(PND 56)到妊娠第84天(PND 84)每天分别接受0、20毫克/千克和40毫克/千克的TCS处理。观察到的结果包括精子数量减少、精子畸形率增加以及磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCK)表达下调和铜死亡(cuproptosis)激活。体外实验中,TM4细胞暴露于0、5纳摩尔(nM)和10纳摩尔(nM)的TCS 24小时后,出现了氧化应激损伤、PEPCK活性抑制和铜死亡激活。此外,通过使用活性氧(ROS)清除剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)可以恢复PEPCK活性和铜死亡激活。另外,过表达PEPCK后,TCS诱导的铜死亡现象也得到了缓解。利用连接图谱(cMap)进行药物预测,发现氟苯达唑(flubendazole)和葫芦素-i(cucurbitacin-i)具有潜在的治疗效果。
总之,本研究表明TCS通过ROS风暴触发TM4细胞中的铜死亡,进而导致PEPCK活性抑制。这项研究为TCS相关睾丸损伤的精准治疗提供了新的见解。

引言

男性不育占不孕症病例的约50%(Eisenberg等人,2023年),环境因素是其中的重要原因之一(Skakkebaek等人,2016年)。在全球病毒大流行的背景下,消毒剂的使用量不断增加(Zhang & Lu,2023年)。三氯生作为一种广谱抗菌剂,被广泛用于牙膏、漱口水和洗手液等日常产品中(Weatherly & Gosse,2017年)。近年来,在水源、土壤、食品和个人护理产品中也检测到了TCS(J. Chen, Meng, Bergman, & Halden,2019年;Davis, Klosterhaus, & Stapleton,2012年;Mathews, Henderson, & Reinhold,2014年)。由于其高脂溶性,TCS可以通过皮肤、口腔黏膜和胃肠道进入人体(Yueh & Tukey,2016年)。因此,在人体血液、尿液、精液和母乳中检测到了过量的TCS及其代谢物(Jedynak等人,2023年;Kim, Kim, Moon, & Yang,2020年;Luan, Ou, Liu, Lin, & Guo,2023年)。越来越多的研究表明,TCS会对心脏、肝脏、神经系统和生殖系统等器官造成损害(X. Chen, Mou, Qu, Wu, & Liu,2023年;Marques, Mariana, & Cairrao,2022年)。
TCS暴露与男性生殖健康密切相关。例如,TCS通过与雄激素受体结合并干扰睾丸类固醇生成来影响生育能力和生殖能力(Den Hond等人,2015年;Nassan等人,2019年)。此外,TCS可能间接或直接影响激素受体的表达。多项研究表明,TCS暴露会导致睾酮水平下降(Duan, Huang, Ha, Li, & Liu,2020年;Sang等人,2024年)。还有一些研究观察到TCS会影响青春期莱迪希细胞(Leydig cells)早期类固醇生成过程(Ha, Zhang, Li, & Liu,2018年)。研究表明,TCS会在生殖器官中积累,直接影响精子生成,并可能通过MAPK信号通路干扰睾丸发育(Yawer, Sychrová, Ra?ka, Babica, & Sovadinová,2022年)。TM4细胞能为精子生成提供营养和保护(Griswold,1998年),并参与形成血-睾屏障(Wei等人,2021年)。最新研究表明,TM4还参与维持细胞内的有氧糖酵解水平和细胞稳态(Oliveira, Martins, Moreira, Cheng, & Alves,2015年)。此外,一些环境污染物会在TM4中产生ROS,引发氧化应激,导致细胞凋亡(Jiang, Di, Shan, & Xu,2022年)。然而,TCS损害TM4细胞的具体机制仍不清楚。
近年来,一种称为铜死亡(cuproptosis)的新类型细胞死亡机制已被证实,其特征是铜离子的积累,导致Cu2+还原为Cu+。这种还原会降低Fe-S簇蛋白的水平,并促进DLAT和DLST蛋白的脂酰化。脂酰化蛋白会结合铜离子,导致异常寡聚化。Fe-S簇蛋白的减少和脂酰化蛋白的聚集共同作用,影响三羧酸循环(TCA循环),最终导致蛋白质毒性应激,从而导致细胞死亡。然而,铜死亡是否参与TCS引起的睾丸损伤仍有待进一步研究(Tsvetkov等人,2022年)。
一些研究表明,TCS暴露会增加ROS水平,导致DNA和脂质损伤,进而引发细胞凋亡或坏死(Kosińska & Szychowski,2024年)。同时,过量ROS产生的氧化应激会影响激素水平,破坏血-睾屏障,最终损害男性生殖系统(Han等人,2016年)。然而,过量TCS引起的氧化应激如何导致生殖功能障碍的具体机制仍不清楚。
同时,TCA循环中的相关蛋白是铜死亡发生的关键靶点,铜离子与这些蛋白的结合会促进它们的寡聚化(Tsvetkov等人,2022年)。因此,基于以往的研究和测序结果,我们确定了关键靶点PEPCK及其与铜死亡过程的关联,以便进一步研究TCS暴露引起的睾丸损伤机制。
总之,本研究旨在阐明ROS触发的PPAR信号通路中PEPCK下调导致铜死亡是否与TCS引起的睾丸生殖毒性有关。

章节摘录

动物

从重庆医科大学实验动物中心获得了8周大的BALB/c小鼠(动物许可证号:SYXK (Yu) 2020–0001;伦理批准号:CHCMU-IACUC2024123100)。所有小鼠饲养在SPF级别的实验室动物房中,光照/黑暗周期为12小时/12小时,湿度为55%±5%,温度为25±2°C。提供无菌食物和水。小鼠随机分为三组:玉米油组(n=10,Aaddin,C116023,中国),20毫克/千克TCS组

TCS暴露对青少年小鼠的睾丸损伤

通过对精子进行伊红染色,观察到TCS组精子的异常形态,如卷曲、尾部断裂和缠绕(图1A)。同时,精子数量减少(图1B)和精子畸形率增加(图1C)表明TCS暴露后小鼠的生殖功能受损。为了进一步明确TCS对小鼠精子生成功能的损害,我们对它们的睾丸组织进行了H&E染色。在TCS组中,观察到脱落的生殖细胞

讨论

作为一种广谱抗菌剂,TCS被广泛应用。由于COVID-19大流行,各种消毒产品的使用量激增。大量研究表明,TCS已成为一种新的环境内分泌干扰物,与男性不育密切相关。研究指出,TCS暴露会导致ROS过度积累(Kosińska & Szychowski,2024年)。然而,TCS引起的具体机制尚不清楚

结论

本文建立了慢性暴露小鼠模型和TM4细胞系,以确认TCS暴露引起的生殖损伤。进一步研究表明,生殖损伤是由ROS过度积累引发的铜死亡引起的,而PEPCK是这一过程中的关键因素。因此,我们的研究提出氟苯达唑和葫芦素-i可能作为针对TCS引起的睾丸损伤的定制治疗药物,为相关治疗提供科学依据

CRediT作者贡献声明

龙春兰:方法学研究。米金文:数据管理。吴胜德:撰写、审稿与编辑、监督。沈连菊:方法学研究。陈静:资源获取、数据管理。周小竹:撰写、审稿与编辑、方法学研究。纪凤鸣:数据管理。唐浩辉:方法学研究、数据管理。魏月新:撰写、审稿与编辑、监督、资金申请。洪一凡:撰写、审稿与编辑、方法学研究。魏光辉:撰写、审稿与编辑、监督、资金申请。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

数据可用性

本文描述的研究未使用任何数据。

利益冲突声明

本文作者声明他们没有可能影响本研究客观性的已知财务或个人关系。

致谢

本研究得到了重庆市自然科学基金博士后科学基金项目(项目编号:CSTB2023NSCQ-BHX0118)和重庆市自然科学基金创新与发展联合基金项目(项目编号:CSTB2022NSCQ-LZX0019)的支持
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