《Frontiers in Veterinary Science》：Environmental stress and stallion fertility: mechanistic insights, evidence gaps, and functional implications
环境应激日益被认为是影响种公马繁殖性能的重要决定因素，尤其在气温升高、气候变异及管理系统日益集约化的背景下。公马特别易受影响，因为精子发生对温度高度敏感，且繁殖活动受季节性生理变化调控。本综述批判性地评估了当前关于环境应激影响公马生育力的分子与细胞机制的认识，特别关注热应激、氧化失衡、内分泌紊乱及精子功能能力。现有证据表明，氧化应激是目前得到最强公马特异性数据支持的环境应激与繁殖功能受损之间的关联机制。相比之下，凋亡、线粒体功能障碍、表观遗传调控及受精相关信号通路主要得到其他哺乳动物物种机制研究的支持，在公马特异性条件下尚未得到充分验证。环境应激不仅可能损害精子发生，还可能损害精子功能能力，包括成功受精所需的过程，即使在常规精液参数看似正常的情况下，也可能导致生育力低下。尽管机制理解已取得显著进展，但由于公马特异性研究有限，且许多拟议机制依赖于谨慎解释的跨物种证据，仍存在重要的证据缺口。目前，基于管理的策略，包括优化热环境、饲养及配种管理，为减轻公马环境应激的不良影响提供了最强证据。相比之下，抗氧化剂补充、营养干预、分子生物标志物及其他靶向方法虽有前景，但需在公马特异性条件下进一步验证。未来的进展将依赖于设计良好的公马特异性研究，整合分子生物标志物、内分泌分析、热生理评估及精子功能能力的综合评价。此类研究对于改善繁殖功能障碍的早期检测，以及制定基于证据的策略以在日益严峻的环境条件下维持公马生育力至关重要。
**1 引言**
环境应激日益被认为是影响种公马繁殖性能的关键决定因素，尤其在全球气温上升、气候变异及马匹管理集约化的背景下。热应激是最重要的环境应激源之一，因为精子发生对温度高度敏感，睾丸温度需维持在核心体温以下约2-6°C才能正常功能。热调节平衡的破坏可能损害精子发生、降低精液质量并影响生育力，其影响可能持续超过一个配种季节。在马匹繁殖系统中，由于公马个体价值高且选择育种对维持理想性能和表型性状至关重要，繁殖效率具有重要经济和遗传意义。然而，公马生育力历来受到的关注少于雌性繁殖性能，且精液质量在配种管理中并非总是被系统性地优先考虑。新兴证据表明，环境应激源（包括热应激、营养失衡、心理应激及环境污染物暴露）可能以复杂且潜在协同的方式相互作用，损害雄性繁殖功能。在机制层面，环境应激可能破坏雄性繁殖涉及的多个生物系统，包括下丘脑-垂体-性腺轴、氧化还原稳态、线粒体功能、生殖细胞存活及表观遗传调控。这些效应可能不仅损害精子产量，还损害精子功能能力，从而降低受精潜力，并可能影响早期胚胎发育。然而，该领域的一个主要限制是公马特异性证据仍零散且多为描述性。尽管应激诱导的繁殖功能障碍机制在啮齿类动物、家畜及人类中已得到广泛研究，但在公马中的直接实验和纵向研究仍有限。因此，当前大部分机制框架是从其他物种外推而来，这限制了基于证据的、公马特异性繁殖管理策略的发展。这一限制尤其重要，因为公马代表了一种独特的生物学和管理模型：公马具有季节性繁殖活动、物种特异性热调节生理、集约化配种使用以及可能增加热应激和非热应激源暴露的饲养方式。这些因素造成了无法从其他家养雄性物种中完全推断出的繁殖脆弱性模式。在气候变化加速、热浪频发及马匹繁殖经济意义日益增长的背景下，理解环境应激对公马繁殖的影响变得愈发重要。因此，本综述旨在提供一份以公马为中心的综合性合成，阐述环境应激如何影响繁殖功能，将分子和细胞机制与全身生理反应、对精子发生和精液质量的影响，以及现有缓解策略的实际相关性联系起来。通过结合机制和应用视角，本综述旨在识别关键知识缺口，并确定未来研究的优先事项，以支持在变化环境条件下种公马的基于证据的繁殖管理。为促进对这些复杂相互作用的概念性理解，图1展示了一个整合性框架，将环境应激源与公马的系统反应、分子机制及繁殖结局联系起来。
**2 文献检索策略与选择标准**
本综述纳入的文献通过对PubMed、Web of Science和Scopus数据库的结构化检索确定。检索使用与公马生育力、马匹繁殖、环境应激、热应激、氧化应激、精子发生、精液质量、雄性生育力、内分泌紊乱、线粒体功能障碍、表观遗传学及繁殖生物标志物相关的关键词组合。布尔运算符（AND, OR）用于优化检索策略并提高相关出版物的检索效率。优先考虑过去10-15年内发表的同行评审文章，以确保综述反映当前知识。当早期出版物代表里程碑式研究或提供繁殖生理学、热调节、氧化应激或其他与公马生育力相关的生物学机制的重要背景时，也予以纳入。选择的研究需满足以下条件：涉及环境应激对雄性繁殖功能的影响；研究繁殖损伤相关的分子、细胞、内分泌或生理机制；评估精液质量或精子功能；或探讨旨在减少应激相关繁殖功能障碍的管理策略。优先考虑原始研究文章，系统综述、荟萃分析及高质量叙述性综述用于支持更广泛的生物学解释并提供额外机制背景。仅关注雌性繁殖、与环境或生理应激无关的研究、会议摘要、社论及非同行评审来源不予考虑。未提供相关繁殖机制或生育力结局信息的研究也被排除。由于专门在公马中进行的机制研究有限，来自其他哺乳动物物种（包括家畜、啮齿类动物和人类）的证据被纳入，前提是这些证据能提供关于应激诱导的繁殖功能障碍机制的生物学相关见解。在整个综述中，研究人员力求区分直接由公马研究支持的证据与从其他物种外推的发现，使读者能够区分既有知识与需要进一步研究的生物学合理机制。本综述的目的并非进行正式的系统综述或荟萃分析，而是对现有证据进行批判性综合，识别当前知识缺口，并强调环境应激与公马生育力未来研究的优先事项。
**3 应激诱导的繁殖功能障碍的分子和细胞机制**
环境应激，特别是热应激，通过一个相互关联的分子和细胞通路网络损害雄性繁殖功能。这些包括氧化应激、生殖细胞死亡通路的激活、线粒体功能障碍及表观遗传改变，它们共同破坏精子发生和精子功能。虽然这些机制在哺乳动物模型中已得到充分表征，但它们在公马中的具体作用、相对贡献及相互作用仍不完全明确。因此，当前的机制理解部分依赖于从其他物种进行生物学合理的外推，这凸显了批判性评估现有证据的必要性。相应地，以下各节尽可能区分由公马特异性证据支持的机制与目前主要从其他哺乳动物物种研究中推断的机制。
**3.1 氧化应激与活性氧物种（ROS）**
氧化应激被认为是环境应激与雄性生育力受损之间的核心机制。当活性氧物种（ROS）产生超过抗氧化防御能力时，会导致脂质过氧化、DNA断裂及蛋白质氧化。在精子中，过量的ROS损害膜完整性、降低活力并损害受精潜力。公马精子细胞因其高含量的多不饱和脂肪酸和有限的细胞质抗氧化保护而特别易受影响。热应激通过增加ROS产生和削弱抗氧化防御进一步加剧这种失衡。在公马中，氧化应激的证据中等，主要基于氧化标志物、季节性变化及精液质量之间的关联。相比之下，来自啮齿类动物、家畜和人类的强有力实验证据表明ROS过度产生与精子发生受损之间存在因果关系。因此，氧化应激是公马中最一致支持且生物学合理的机制，尽管详细的分子通路仍未完全表征。
**3.2 凋亡与生殖细胞丢失**
凋亡在应激诱导的精子发生破坏中发挥关键作用。升高的睾丸温度和其他应激源激活程序性细胞死亡通路，特别影响精母细胞和精子细胞。该过程与促凋亡因子（如BAX）表达增加及抗凋亡蛋白（如BCL-2）表达减少相关。热应激也可能破坏生殖细胞发育的进程，改变精曲小管内增殖与变性之间的平衡。亚致死应激不一定导致完全的细胞丢失，但可能产生形态异常或功能受损的精子。在公马中，凋亡的证据有限，主要基于组织学观察和精液质量下降。相比之下，来自实验模型的强有力机制证据清楚表明热诱导的凋亡通路激活。因此，凋亡在公马中是一个高度合理的机制，但其分子调控及对生育力下降的定量贡献仍不充分明确。
**3.3 线粒体功能障碍与能量代谢**
线粒体对精子功能至关重要，因为它们调节ATP产生、氧化还原平衡及凋亡信号传导。正常的线粒体活性是维持精子活力和受精能力所必需的。环境应激通过降低膜电位、损害ATP生成及改变线粒体动力学来破坏线粒体功能。热应激已被证明会诱导过度的线粒体分裂并增加ROS产生，形成氧化损伤的自我放大循环。在公马中，线粒体参与主要得到间接证据的支持，特别是通过观察到的精子活力下降和中段完整性改变。然而，详细的机制见解主要来自啮齿类动物和家畜模型，其中线粒体功能障碍已得到充分证实。因此，线粒体功能障碍作为一条机制通路得到强烈支持，但在公马特异性研究中仍不充分验证。
**3.4 表观遗传改变与跨代效应**
环境应激可能诱导雄性生殖系中的表观遗传修饰，包括DNA甲基化、组蛋白修饰及非编码RNA调控的变化。这些过程对正常精子发生和精子成熟至关重要。氧化应激可破坏染色质结构和基因表达，导致精子功能受损。此外，小非编码RNA（如PIWI相互作用RNA（piRNA））的改变与基因组不稳定性和生殖细胞完整性受损有关。除了piRNA，微小RNA（miRNA）是一类关键的小非编码RNA，参与基因表达的转录后调控。miRNA在精子发生、精子成熟、活力及受精能力中发挥重要作用，并且通过精子携带的调控RNA货物，也参与早期胚胎发育。来自人类和动物研究的证据表明，环境应激源，特别是热应激和氧化应激，可以改变精子miRNA谱，可能影响精子功能和胚胎发育潜力。然而，在环境应激条件下，公马精子中miRNA的作用尚未得到系统研究。重要的是，表观遗传改变可能具有跨代后果，可能影响后代发育和繁殖能力。这种更广泛的生物学相关性使表观遗传调控在种公马背景下尤其重要，因为繁殖性能具有直接和长期的遗传意义。在公马中，表观遗传改变的直接证据仍然非常有限，目前尚无全面的分子研究。相比之下，来自人类和啮齿类动物研究的中等至强有力证据支持表观遗传失调在雄性不育及后代不良结局中的重要作用。因此，表观遗传机制代表了公马繁殖生物学中一个前景广阔但仍主要为假设性的通路，也是未来研究的一个主要优先事项。
**3.5 精子功能能力与受精相关信号**
环境应激不仅可能损害精子产生和形态，还可能损害精子功能能力，这是成功受精所必需的。功能能力包括获能、膜重塑、顶体反应及精卵相互作用等过程，所有这些都依赖于严格调控的生化及信号通路。这些过程对氧化应激、膜脂质过氧化及线粒体功能障碍高度敏感，即使常规精液参数在正常范围内，也可能损害受精能力。精子功能能力的一个关键组成部分是受精后诱导卵母细胞激活的能力。该过程由精子源性卵母细胞激活因子介导，其中磷脂酶C zeta（PLCζ）发挥核心作用。PLCζ负责触发卵母细胞内的钙振荡，这对胚胎发育的启动至关重要。在几种哺乳动物物种中，PLCζ表达、定位或活性的破坏与受精失败和早期胚胎停滞有关。环境应激，特别是热应激和氧化应激，可能干扰精子细胞内信号通路和蛋白质完整性，可能影响PLCζ功能。精子蛋白质和膜的氧化损伤可能改变卵母细胞激活因子的递送或活性，从而降低受精效率。尽管该机制主要已在人类和实验室动物研究中得到证实，但它提供了环境应激与受精成功率降低之间的生物学合理联系。在公马中，应激诱导的精子功能能力在分子信号水平（包括PLCζ相关通路）受损的直接证据仍然非常有限，目前尚无全面的研究。相比之下，来自人类和实验动物模型的中等至强有力证据支持PLCζ在受精中的关键作用，并强调其对细胞应激和精子质量缺陷的敏感性。因此，精子功能能力受损，包括PLCζ介导的卵母细胞激活的潜在破坏，是公马在环境应激条件下生育力降低的一个生物学合理但尚未充分探索的机制。该通路在解释标准精液质量参数不能完全反映受精潜力的生育力低下病例中可能尤为重要。
**3.6 整合视角与证据缺口**
当前对公马应激诱导的繁殖功能障碍的理解仍受限于物种特异性机制研究的可用性有限。因此，本综述中呈现的大部分生物学框架来自其他哺乳动物物种的研究，这些研究中对环境应激的细胞和分子反应进行了更详细的研究。尽管这些发现不能直接外推到公马，但它们提供了对保守生物学通路的宝贵见解，并识别出需要在公马特异性条件下验证的机制。因此，在本综述中，非马属物种的证据用于支持生物学解释和假设生成，而不是作为公马特异性机制的直接确认。现有证据的比较揭示了机制合理性与物种特异性验证之间的明显差异。在所综述的机制中，氧化应激得到最强公马特异性证据的支持，而凋亡、线粒体功能障碍、表观遗传改变及精子功能信号仍主要得到间接观察或来自其他哺乳动物物种研究的支持。然而，即使对于氧化应激，现有证据也应谨慎解释。大多数研究是观察性的，涉及的动物数量相对较少，并在品种组成、环境条件、精液评估方案及用于评估氧化状态的生物标志物方面存在显著差异。此外，大多数研究描述的是关联而非因果关系，且只有少数研究在相同实验设计中结合了分子、内分泌、生理及繁殖结局。尽管氧化应激与公马繁殖功能受损之间存在一致关联，但现有证据的普遍性仍有限。因此，与其他生物学机制相比，其相对贡献，以及其与内分泌、线粒体、炎症及表观遗传通路的相互作用仍不确定。依赖来自啮齿类动物、家畜和人类的证据仍是该领域的主要限制之一。这些研究为理解保守机制提供了必要的生物学框架，然而，在繁殖季节性、热调节、管理系统、配种强度及环境暴露方面的重要差异可能显著影响公马应激诱导反应的大小和生物学意义。因此，在将机制发现转化为马匹繁殖生物学或临床实践时，应谨慎解释跨物种证据。直接在公马中进行的机制研究数量有限也反映了实际的挑战。将贵重种公马暴露于环境应激的实验受到伦理考虑、季节性繁殖活动以及繁殖动物高遗传和经济价值的限制。重复采集睾丸组织或其他侵入性生物样本很少可行，这使得直接研究分子通路特别困难。此外，品种、管理系统、气候条件及繁殖状态之间的差异使标准化现场研究的设计复杂化。该领域的进展将依赖于多中心合作研究、统一实验方案以及更广泛地应用与生理和繁殖评估相结合的微创生物标志物。这些限制对研究和临床解释都具有重要意义。环境应激可能同时影响多个相互关联的生物学通路，然而，现场条件下各机制的相对贡献仍未知。同样，在公马中，氧化应激、内分泌调节、线粒体功能障碍、炎症及表观遗传修饰之间的相互作用尚未确定。这种复杂性表明，尽管常规精液参数看似正常，繁殖功能障碍仍可能发生，因为环境应激可以损害精子功能能力，包括获能、顶体反应和卵母细胞激活。进一步的进展将需要设计良好的公马特异性研究，整合分子生物标志物、内分泌分析、热生理评估及精子功能的综合评价。特别优先事项包括识别早期繁殖功能障碍的可靠生物标志物、建立物种特异性环境应激阈值，以及阐明应激诱导的繁殖损伤中主要生物学通路之间的相互作用。这种整合方法对于将机制知识转化为种公马的基于证据的繁殖管理至关重要。在环境应激源中，热应激仍然是影响公马繁殖功能的最广泛研究和实际相关的因素。因此，下一节重点讨论其对睾丸生理、精子发生及精液质量的影响。
**4 热应激对睾丸功能与精子发生的影响**
热应激是影响公马繁殖功能的主要环境因素，主要是因为精子发生对温度高度敏感。即使睾丸温度的微小升高也能破坏正常精子发生过程并损害精液质量，其影响可能在初始暴露后持续很长时间。环境热应激通过多种机制影响公马繁殖，包括直接的睾丸损伤、氧化应激、内分泌紊乱及热调节受损。这些机制通常同时且协同作用，导致繁殖功能的急性和长期变化。图2总结了热应激导致公马精子发生受损和生育力降低的多层次通路。
**4.1 热对睾丸组织和结构的直接影响**
精曲小管上皮对温度升高高度敏感，热应激可诱导从轻微细胞紊乱到完全精子发生停滞的结构和功能变化。慢性阴囊热应激已被证明会改变睾丸组织学，包括间质细胞增殖增加及细胞间黏附分子-1（ICAM-1）上调。热应激还增加巨噬细胞（F4/80阳性细胞）和成纤维细胞（FSP1阳性细胞）的数量，表明炎症通路和组织重塑的激活。这些变化伴随着间质组织中胶原蛋白的积累，提示进行性纤维化，这一过程在热应激条件下的哺乳动物物种中已被广泛描述。血-睾屏障（BTB）的破坏是热暴露的另一个关键后果。紧密连接蛋白（如zonula occludens-1（ZO-1））的下调允许免疫细胞浸润并进一步损害生殖细胞。这些结构改变与精子发生受损和精液质量下降密切相关。尽管这些机制在实验模型中已得到充分表征，但公马中的直接证据仍然有限。现有数据主要限于组织学观察，缺乏马属物种中的对照热挑战研究，而来自啮齿类动物、公羊和兔子的强有力实验证据一致表明热诱导的睾丸组织结构性损伤。因此，尽管这些机制在公马中生物学合理，但其直接验证仍不充分。
**4.2 精子发生停滞与时间动态**
热应激诱导的繁殖功能障碍遵循特征性的时间模式。精子产量下降通常在暴露后1-2周内出现，最大损害发生在4-5周后。在严重情况下，热应激可能导致暂时性无精子症。生理上，热应激可分为急性或慢性。急性热应激由短期暴露引起，通常导致精子发生的暂时性破坏。相比之下，慢性或重复暴露导致累积性损伤、恢复延迟及长期生育力低下的风险增加。去除应激源后，精子发生可以恢复；然而，恢复通常延迟，可能需要数周至数月，反映了精子发生周期的持续时间。值得注意的是，精液质量的恢复往往慢于睾丸形态的恢复。已有报道不完全恢复，即在去除应激源数周后仍观察到精子浓度的持续降低。这些发现表明，重复或严重的热应激可能导致长期或部分不可逆的繁殖后果。描述公马中这些时间动态的证据仍为中等，主要来自观察数据，包括季节性生育力下降和延迟恢复模式。相比之下，兔子、啮齿类动物和公羊中的对照研究已明确定义了热诱导精子发生破坏的时间和进展，表明尽管一般模式可能保守，但公马中的精确动态仍未完全表征。
**4.3 形态与功能精子改变**
热应激导致产生具有结构和功能异常的精子，包括更高比例的形态异常精子、活力降低及受精能力受损。在分子水平上，热应激改变精子发生细胞的基因表达，包括应激反应转录本的上调及精子成熟相关通路的失调。热应激还影响钙信号通路，特别是由精子特异性钙通道（如CatSper）介导的通路，这些通道对精子超激活和受精至关重要。氧化应激通过促进脂质过氧化、蛋白质氧化和DNA断裂，最终损害精子功能，在这些改变中发挥核心作用。膜成分的变化，包括胆固醇和氧甾醇含量的改变，进一步损害膜流动性和获能过程。重要的是，即使精子数量相对正常，功能缺陷也可能发生，这凸显了在热应激条件下，精子质量而非数量通常是生育力的限制因素。功能精子缺陷在公马中在表型水平上相对有充分记录；然而，其潜在的分子机制仍主要从啮齿类动物和人类研究中外推，凸显了物种特异性研究的必要性。
**4.4 内分泌与热调节反应**
热应激也通过全身内分泌通路影响繁殖功能。升高的温度破坏下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴，导致黄体生成素分泌减少和睾酮产生降低。同时，下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的激活增加皮质醇产生，通过抑制促性腺激素分泌和损害间质细胞活性进一步抑制繁殖功能。热调节机制对于减轻热应激至关重要。公马依赖于阴囊热调节和增加呼吸散热；然而，在长时间或极端环境条件下，这些机制可能不足。将睾丸温度维持在核心体温以下数度对于正常精子发生至关重要，这种梯度的破坏是热诱导繁殖功能障碍的根本原因。即使短暂的阴囊温度升高也能对精液质量产生延迟和持久的影响。公马中内分泌紊乱的证据有限，且缺乏整合激素、热调节及繁殖参数的综合研究。相比之下，其他物种的大量研究已清楚表明热诱导的内分泌改变，支持了这些机制在公马中的合理性。
**4.5 可逆性与长期影响**
热应激诱导的繁殖功能障碍的可逆性取决于暴露的强度和持续时间。短期热应激通常与可逆变化相关，而慢性或重复暴露可能导致精子发生的持续损害。尽管通常观察到精子产量的恢复，但热应激导致不可逆损伤的阈值仍不明确，尤其在公马中。中等证据表明，公马中的季节性热暴露与生育力的可逆变化相关；然而，区分可逆与不可逆损伤的明确阈值尚未建立。相比之下，其他物种的实验研究已定义了与永久性繁殖损伤相关的温度和持续时间阈值。因此，重复或严重热应激对公马的长期影响仍不充分理解，是未来研究的关键领域，尤其在气候变化和繁殖系统集约化的背景下。尽管公马中不可逆繁殖损伤的精确热阈值尚未确定，但其他物种的研究表明，即使睾丸温度短暂升高2-3°C高于最佳温度，也可能损害精子发生，尤其是当暴露延长或重复时。这些发现凸显了在公马现场条件下建立物种特异性热阈值的必要性。
**5 环境应激的全身生理反应**
环境应激不仅通过直接的睾丸损伤，还通过全身生理通路，特别是涉及神经内分泌调节和热调节适应的通路，影响公马繁殖功能。这些全身反应与局部睾丸机制密切相互作用，并可能放大或延长环境应激对精子发生的影响。因此，理解全身调节对于解释环境应激对公马生育力的整体影响至关重要。
**5.1 下丘脑-垂体-性腺轴失调**
下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴在调节雄性繁殖功能中发挥核心作用，其破坏是环境应激损害生育力的关键通路。热应激已被证明会减少黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）的分泌，这两者对于睾酮产生和维持精子发生至关重要。此外，慢性热暴露可能改变间质细胞中的类固醇生成通路，包括芳香化酶活性增加，导致从睾酮向雌二醇产生的转变，并导致激素失衡。此类内分泌改变可能对性欲、交配行为及生殖细胞发育产生负面影响。在更广泛的机制层面，环境应激可能通过与应激相关的神经内分泌通路的相互作用，破坏下丘脑信号传导和促性腺激素释放，进一步损害繁殖调节。这些相互作用凸显了应激轴与繁殖轴之间的紧密功能耦合。在公马中，HPG轴失调的证据仍然有限，主要基于季节性睾酮浓度波动的观察以及环境条件与精液质量之间的一般关联。将激素变化与特定繁殖结局联系起来的直接机制研究很少。相比之下，来自家畜和实验室物种的大量实验证据清楚表明热诱导的HPG轴破坏。因此，虽然HPG轴失调在公马中是一个生物学合理且可能重要的机制，但其对繁殖功能障碍的定量贡献仍不充分明确。
**5.2 应激激素与下丘脑-垂体-肾上腺轴**
环境应激还激活下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴，导致糖皮质激素（特别是皮质醇）分泌增加。虽然该通路的急性激活是适应性的，但慢性升高的糖皮质激素对繁殖功能产生抑制作用。升高的皮质醇水平抑制促性腺激素释放，损害间质细胞活性，并可能促进睾丸微环境中的凋亡。此外，糖皮质激素干扰kisspeptin信号传导，这是促性腺激素释放激素（GnRH）分泌的关键调节因子，进一步抑制HPG轴。糖皮质激素对繁殖功能的抑制效应在哺乳动物物种中已得到充分证实，涉及中枢（下丘脑-垂体）和外周（睾丸）机制。这些通路为慢性应激与生育力之间的负相关提供了机制解释。在马匹研究中，毛发皮质醇浓度已成为慢性应激暴露的有用生物标志物，反映长期HPA轴活动。已有报道马匹中皮质醇水平、社会等级及睾酮动力学之间的关联，提示慢性应激与繁殖生理学之间的联系。然而，将糖皮质激素水平与公马精液质量和生育力结局直接联系起来的证据仍然有限。大多数关于HPA介导的繁殖抑制的机制见解来自非马属模型。因此，尽管HPA轴的作用在生物学上已得到充分证实，但其对公马生育力的具体影响需要进一步研究。
**5.3 体温调节与热调节反应**
热调节是公马繁殖功能的关键决定因素，因为将睾丸温度维持在狭窄的最佳范围内对于正常精子发生至关重要。环境热应激触发生理反应，如呼吸频率增加、出汗及外周血管扩张，这些反应促进散热。然而，在长时间或强烈热暴露条件下，这些代偿机制可能不足，导致核心和阴囊温度升高。即使短暂的阴囊温度升高，由于精子发生周期的持续时间，也会导致延迟且持久的精液质量损害。观察性和实验性研究表明，精液质量下降通常在热暴露数周后变得明显。阴囊热成像已被提议作为评估睾丸热状态的非侵入性工具，研究显示公马阴囊表面温度与精子异常之间存在相关性。其他物种的实验工作已建立了升高的睾丸温度、暴露持续时间与不可逆繁殖损伤之间的明确关系，强调了热阈值在决定繁殖结局中的重要性。相比之下，马属数据主要是观察性的，限制了确定热暴露从可逆转变为不可逆繁殖损伤的精确阈值的能力。因此，尽管热调节对公马生育力至关重要，但缺乏物种特异性定量数据是基于证据的管理的主要限制。
**6 非热环境应激源对雄性繁殖的影响**
尽管热应激是影响公马生育力研究最广泛的环境因素，但若干非热应激源也通过全身和局部机制导致繁殖功能障碍。这些包括心理和社会应激、低氧暴露、环境污染物及营养失衡。虽然这些应激源背后的生物学通路——特别是内分泌紊乱、氧化应激和线粒体功能障碍——在其他哺乳动物物种中已得到充分证实，但马属特异性证据仍然有限，且通常依赖于观察数据或间接推断。因此，非热应激源对公马繁殖功能障碍的相对贡献仍难以量化，凸显了批判性评估和针对性研究的必要性。
**6.1 心理与社会应激**
心理应激是影响公马繁殖性能的一个重要但常被低估的因素。种公马通常饲养在限制社交互动的条件下，这种管理实践与刻板行为、攻击性和慢性应激的发生率增加相关。在此类条件下，下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的慢性激活导致糖皮质激素浓度升高，从而抑制促性腺激素分泌、损害间质细胞功能并降低睾酮产生。这些内分泌通路在哺乳动物物种中已得到充分表征，慢性应激与精子发生受损和生育力降低一致相关。在马匹中，毛发皮质醇浓度已被提议作为长期应激暴露的生物标志物，并与繁殖激素动力学的变化相关。然而，将心理应激与公马精液质量和生育力结局直接联系起来的证据仍然有限，且潜在的分子机制不充分明确。因此，尽管心理应激与公马繁殖生理学明确相关，但其对繁殖性能的直接作用仍不完全明确，因果关系需要进一步研究。
**6.2 海拔与低氧应激**
低氧应激，例如在高海拔地区遇到的，是另一种具有潜在繁殖后果的非热环境因素。人类研究表明，高海拔暴露可显著降低精子浓度和活力，其影响在返回常氧条件后持续数周。机制上，低氧增加活性氧物种产生，降低抗氧化能力，并破坏线粒体功能，导致精子发生受损和内分泌调节改变。此外，低氧诱导因子（HIFs）在介导细胞对低氧条件的适应中发挥核心作用，但当慢性激活时也可能干扰正常的生殖细胞发育。在公马中，缺乏直接实验证据，当前理解主要从人类和实验室动物研究中外推。尽管这些机制在进化上保守，但低氧诱导的繁殖变化在公马中的大小、持续时间和实际相关性仍未知。这一缺口尤其重要，因为马匹越来越多地用于高海拔训练和比赛，其中低氧应激可能与其他环境应激源（如热和运动）相互作用。
**6.3 环境污染物与空气质量**
环境污染物——包括颗粒物、重金属、农药、内分泌干扰化学物（EDCs）及微塑料——日益被认为是跨物种雄性繁殖功能障碍的贡献因素。这些物质可通过氧化应激、内分泌紊乱及对生殖细胞的直接细胞毒性作用损害繁殖功能。污染物暴露与精子活力降低、DNA断裂增加、激素谱改变及受精能力受损相关。例如，微塑料已被证明可诱导精子中的氧化损伤、凋亡及基因表达变化，凸显其作为生殖毒物的新兴相关性。内分泌干扰化学物（EDCs）可能干扰雄激素信号传导和类固醇生成，进一步导致繁殖损伤。这些机制在人类和实验室动物中已有充分记录，但在马属物种中仍研究不足。关于污染物暴露的马属特异性数据极为有限，大多数现有证据来自人类流行病学研究和实验模型。因此，尽管污染物诱导的生殖毒性在机制上得到充分支持，但其对公马生育力的现实影响仍主要为推测性，代表着一个显著的知识缺口。
**6.4 营养与代谢应激**
营养失衡是影响雄性繁殖功能的一个可改变但常被低估的环境因素。适量摄入锌、硒、铜及维生素等微量营养素对于维持抗氧化防御和支持精子发生至关重要。这些营养素的缺乏或失衡会增加对氧化应激的易感性并损害精液质量。omega-6与omega-3脂肪酸之间的平衡在维持精子膜完整性和功能中发挥关键作用。omega-6与omega-3比例过高与精液质量降低、膜流动性受损及精子功能改变相关。代谢状态，包括能量平衡和体况，可能通过激素和炎症通路进一步影响繁殖功能，将营养与生育力的更广泛系统性调节联系起来。在公马中，营养对繁殖功能的影响主要得到将日粮组成与精液参数联系起来的观察性研究的支持。然而，对照机制研究仍然稀少。因此，尽管营养应激在公马繁殖中是一个相关且可能可管理的因素，但雄性马属动物中涉及的具体分子通路仍不充分表征，凸显了进行靶向和对照研究的必要性。
**7 缓解策略与保护性干预**
基于上述机制见解和证据缺口，公马环境应激诱导的繁殖功能障碍的缓解策略必须同时解决细胞损伤和全身生理失调。环境应激通过氧化损伤、内分泌紊乱和热调节受损影响繁殖性能；因此，有效的干预应同时针对多个生物学水平。尽管在哺乳动物物种中已提出众多缓解策略，但支持其在公马中应用证据的强度差异很大。大多数机制见解来自啮齿类动物和家畜模型，而马属特异性验证仍然有限。因此，区分生物学合理的方法与公马中有直接证据支持的方法对于基于证据的繁殖管理至关重要。
**7.1 抗氧化剂与营养保健品方法**
氧化应激是环境应激与雄性生育力受损之间的核心机制；因此，抗氧化剂补充作为潜在的缓解策略已被广泛研究。化合物如褪黑素、白藜芦醇及其他多酚已在哺乳动物模型中显示出降低活性氧物种（ROS）、稳定线粒体功能及减弱凋亡的能力。褪黑素已被证明可维持支持细胞紧密连接完整性、调节氧化还原平衡并在热应激条件下保护睾丸组织。类似地，白藜芦醇与改善线粒体功能和减少内质网应激相关，提示对热诱导的细胞损伤具有保护作用。然而，在公马中，直接实验证据仍然有限。大多数马属研究报告的是精液参数的总体改善，而非对应激诱导损伤的针对性缓解。因此，尽管抗氧化剂策略在机制上得到充分支持，但其在公马现场相关条件下的有效性仍不充分验证。
**7.2 营养与代谢干预**
营养策略在维持繁殖功能中发挥重要作用，特别是通过调节氧化平衡和膜稳定性。omega-3与omega-6脂肪酸的比例对精子膜完整性至关重要，失衡与精液质量降低和受精能力受损相关。微量营养素如硒、锌和铜对于抗氧化酶活性和精子发生是必需的。这些营养素的缺乏或失衡会增加对氧化损伤的易感性，并可能加剧环境应激的影响。在公马中，营养调节生育力的证据主要得到观察性和应用性研究的支持，而机制研究仍然有限。因此，尽管营养干预在实践上可行且广泛适用，但其在马匹繁殖中的具体分子效应需要进一步研究。
**7.3 管理与环境改造**
基于管理的策略是目前减轻公马环境应激最直接可用且证据最充分的方法。环境冷却方法——包括提供遮荫、通风及水冷系统——可减少热负荷并帮助维持最佳睾丸温度。配种管理的调整，例如避免热峰期和优化配种时间表，可能进一步减少繁殖损伤。饲养条件在调节应激反应中也发挥关键作用。在限制性或社交隔离条件下饲养的公马表现出下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴激活增加，导致皮质醇水平升高和繁殖功能抑制。运动和社交互动可能改善代谢弹性并减少慢性应激反应；然而，公马中的直接证据仍然有限，主要从其他物种的研究中外推。
**7.4 辅助生殖技术（ART）**
辅助生殖技术为减轻环境应激对公马生育力的影响
