胰高血糖素受体阻断通过增强塞托利细胞中PFKFB3介导的乳酸生成来保护精子发生

《Journal of Translational Medicine》：Glucagon receptor blockade protects spermatogenesis by enhancing PFKFB3-mediated lactate production in Sertoli cells

　　

摘要

背景

全球范围内男性生育能力正在下降。糖尿病和衰老是导致精子生成减少及睾丸功能异常的主要因素。升高的胰高血糖素信号会引发糖尿病并发症，但其对男性生殖功能的影响尚不清楚。

方法

我们将链脲佐菌素诱导的1型糖尿病小鼠、自然衰老的小鼠以及健康的年轻雄性小鼠分别用胰高血糖素受体（GCGR）单克隆抗体或对照剂处理。随后评估了精子的质量以及睾丸的相关状况，包括组织学特征、氧化应激水平和细胞凋亡情况。接着我们培育出了全基因组Gcgr敲除小鼠，并将其与野生型小鼠的精子参数及睾丸状况进行比较。此外，还用不同浓度的胰高血糖素处理小鼠的精原细胞、精母细胞、莱迪希细胞和塞托利细胞，以检测细胞的增殖情况。在塞托利细胞中，我们研究了成熟标志物以及与血睾屏障相关的基因。在经过GCGR抗体处理的糖尿病或衰老小鼠中，进一步检测了塞托利细胞的组织学结构和功能。为探究其内在机制，我们用胰高血糖素、GCGR抗体或GLP-1R拮抗剂处理塞托利细胞，同时检测乳酸含量、乳酸脱氢酶活性以及葡萄糖转运蛋白、糖酵解相关基因和乳酸脱氢酶亚型的表达水平。我们重点关注了糖酵解调节因子6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（PFKFB3）。在糖尿病或衰老小鼠中进一步测定了乳酸的产生量和PFKFB3的水平。之后，通过在经胰高血糖素处理的塞托利细胞中过表达或敲低Pfkfb3，并构建Pfkfb3杂合子敲除小鼠，我们证实了PFKFB3在乳酸生成及塞托利细胞功能中的作用。

结果

在糖尿病小鼠中，GCGR抗体可提高精子浓度（P?＜?0.001），同时降低睾丸的氧化应激水平和细胞凋亡率。在衰老小鼠中，GCGR抗体能提升精子的前向运动能力（P?=?0.004），而对生殖激素水平、睾丸氧化应激及细胞凋亡的影响较小。在健康的年轻小鼠中，GCGR抗体可提高精子浓度（P?=?0.003）、前向运动能力（P?=?0.022）以及总运动能力（P?=?0.020）。尽管代谢状况有所改善，但全基因组Gcgr敲除小鼠的精子生成仍受到抑制，这说明GCGR信号在胚胎期睾丸发育和精子生成过程中起着重要作用。胰高血糖素并未直接改变离体精子的运动能力或睾丸细胞系的增殖情况，但它会抑制塞托利细胞的成熟标志物、与血睾屏障相关的基因、乳酸生成以及PFKFB3的表达。这些效应可通过GCGR抗体得到缓解，而GLP-1R阻断则只能提供部分或不确定的保护作用。此外，Pfkfb3过表达可以逆转胰高血糖素的这些抑制作用，而Pfkfb3敲除则会使胰高血糖素的抑制效果更加明显。在糖尿病和衰老小鼠中，给予GCGR抗体后，塞托利细胞的成熟标志物和血睾屏障相关标志物得以恢复，睾丸中的乳酸水平上升，PFKFB3的 abundance也增加。Pfkfb3杂合子缺失则会降低总运动能力（P?=?0.007）和睾丸中的乳酸含量（P?=?0.013），同时塞托利细胞的标志物及与血睾屏障相关的基因表达也会下降。

结论

通过药物手段阻断GCGR功能，可在糖尿病和衰老模型中逆转塞托利细胞的异常状态并恢复精子生成，而PFKFB3介导的乳酸生成在这一过程中起着重要作用。我们的研究为治疗男性不育提供了一种有前景的策略。