对小鼠后肢进行十周的免负重处理，会减缓附睾内的精子运输过程，并导致精子运动能力逐渐丧失

《Life Sciences in Space Research》：Ten weeks of hindlimb unloading slows epididymal transport and abolishES progressive sperm motility in mice

　　

摘要

目的

后肢卸载（HLU）是一种用于模拟微重力效应的地面模型。以往关于雄性生殖的HLU研究报道称精子生成受损和精子质量下降，但大多数研究未使用腹股沟导管束带以防止睾丸过热，并且暴露时间较短。本研究旨在评估长期HLU对带有腹股沟导管束带的小鼠附睾功能和精子质量的影响。

方法

成年雄性BALB/c小鼠接受腹股沟导管束带处理，并分别进行2周、5周或10周的HLU处理，这相当于半个、一个和两个精子生成周期。对照组小鼠则未进行卸载处理。研究评估了生殖器官的重量、附睾中的精子浓度和活力（CASA）、体内的附睾转运时间（用苏丹黑染色的油注射测定）以及附睾的水分含量。

结果

HLU导致比索鲁斯肌逐渐萎缩，证实了有效的卸载效果。睾丸和附睾的质量随着HLU时间的延长而逐渐减少（p < 0.0001），而雄激素依赖的附属腺体质量在5周内保持不变，直到10周时才有所下降（p = 0.0024）。HLU对精子浓度没有影响。然而，在5周和10周的HLU处理后，具有活动能力的精子几乎消失（p < 0.0001）。附睾的转运明显减慢，HLU组中的油滴仅移动了附睾长度的约5%，而对照组约为30%（p = 0.004）。附睾的水分含量随着卸载时间的延长而逐渐增加（p < 0.0001）。

结论

在带有腹股沟导管束带的小鼠中，长期HLU会导致睾丸萎缩，但能保留附睾中的精子数量。然而，精子质量受到严重损害，活动能力完全丧失，附睾转运减慢，组织水分含量增加。这些发现强调附睾是一个重要的目标，因为其液体平衡的破坏不仅影响睾丸，还影响睾丸后的精子成熟。在长时间太空任务中，保护男性生育能力的对策应考虑除了保护性腺外，还需保持附睾功能。

引言

电离辐射、微重力和运动不足会对多个生理系统产生不利影响，包括肌肉骨骼系统、心血管系统、免疫系统和内分泌系统（Grigoriev A.I.和Egorov A.D., 1991; Krittanawong等人, 2023）。在低地球轨道上的长期人类任务和计划中的行星际飞行将不可避免地增加对这些因素的累积暴露，可能对生殖功能构成风险（Mishra和Luderer, 2019）。尽管人们对太空中的男性生殖健康越来越关注，但与其它器官系统相比，太空飞行及其地面模拟实验对男性生育能力的影响仍研究不足。

来自啮齿动物太空飞行实验和地面模型的数据表明，改变的重力及相关压力因素可以干扰下丘脑-垂体-性腺轴、类固醇生成和两性的配子生成。在雄性大鼠和小鼠中，太空飞行（Masini等人, 2012; Sapp等人, 1990）和后肢卸载（HLU）已被报道会降低循环中的性类固醇水平、改变促性腺激素的分泌并损害精子生成（Hadley等人, 1992; Joseph S Tash等人, 2002）。多项研究表明，长期太空飞行或模拟微重力环境会导致附睾中的精子数量减少和精子活力下降，表明在长时间任务中，男性生殖系统是一个潜在的“薄弱环节”（Kamiya等人, 2003; Ogneva等人, 2020; Usik和Ogneva, 2018）。

HLU是最广泛用于模拟微重力某些方面的啮齿动物模型，包括头部液体转移、肌肉萎缩和骨质流失（Morey-Holton等人, 2005; Ilin和Novikov, 1980）。该模型也被用来研究雄性生殖，主要关注睾丸形态、生殖细胞群和激素水平。在大鼠中，4-6周的HLU会导致精子生成受损、每日精子产量减少和垂体-睾丸信号传导的改变（Amann等人, 1992; Deaver等人, 1992; Joseph S Tash等人, 2002）。最近在小鼠中的研究表明，2-4周的HLU会破坏睾丸结构并引起与睾丸损伤一致的分子变化，通常伴随着附睾中精子储备和活力的下降（Ogneva等人, 2020; Usik和Ogneva, 2018）。

然而，几个重要的限制因素使得在太空飞行背景下解释HLU研究变得复杂。首先，在啮齿动物中，腹腔通过开放的腹股沟导管与阴囊相连，因此尾部悬挂通常会导致睾丸移位到腹腔内，从而引起隐睾症和睾丸过热。这混淆了卸载的直接效应和头部液体转移的效应与睾丸温度升高带来的已知后果（Murashev等人, 1988）。为了区分这些因素，研究人员在大鼠中使用了腹股沟导管结扎（“束带”），以便区分对精子生成和类固醇生成的影响（Deaver等人, 1992; Hadley等人, 1992; Tash等人, 2002）。尽管如此，类似的小鼠研究很少，且长期带束带的HLU尚未得到系统的评估。

其次，大多数现有研究都主要关注睾丸。虽然附睾对精子成熟、储存和获得活动能力至关重要，但在重力研究中的关注却相对较少。现有的HLU和太空飞行研究主要描述了附睾的形态（Hadley等人, 1992）或终点的精子参数（数量和活力（Ogneva等人, 2020），而没有直接评估附睾的运输或管腔内液体平衡。此外，附睾通过改变精子膜的脂质组成并提供富含抗氧化剂的管腔环境，在保护精子免受氧化损伤方面起着关键作用（Robaire和Hinton, 2015），这在长期暴露于太空相关压力因素下尤为重要。然而，正常的附睾转运和精确调节的液体组成对于精子获得受精能力至关重要，即使精子生成和雄激素生产相对保持正常，这种后睾丸水平的干扰也可能影响生育能力（Cooper等人, 2002; Robaire和Hinton, 2015）。

第三，暴露时间通常有限。许多关于生殖的HLU实验仅持续1-2周，即使是“长期”方案也通常不超过一个完整的精子生成周期。考虑到未来的任务可能会持续数月或数年，因此需要能够覆盖多个精子生成周期并揭示对男性生殖道的累积或延迟效应的模型（Mishra和Luderer, 2019; Tash等人, 2002）。

在本研究中，我们将手术带有腹股沟导管束带的成年雄性BALB/c小鼠置于HLU处理2周、5周和10周，这大致相当于半个、一个和两个完整的精子生成周期（Valli等人, 2015）。我们评估了睾丸和附属性器官的质量作为精子生成和雄激素状态的间接指标，量化了附睾中的精子浓度和活力，并通过测量体内苏丹黑染色油团的转运和组织水分含量来评估附睾功能。这种设计使我们能够将卸载的效应与隐睾症区分开来，并检验长期模拟微重力通过破坏附睾运输和液体平衡显著影响睾丸后精子成熟的假设，以及可能的精子产量或雄激素支持的减少。

章节片段

实验设计

实验开始时12-16周大的雄性BALB/c小鼠被随机分配到对照组或后肢卸载（HLU）组。BALB/c小鼠是生殖生理学和空间生物学研究中常用的模型，为评估后肢卸载表型提供了稳定的遗传背景。HLU组的小鼠接受2周、5周或10周的尾部悬挂处理，这大致相当于半个、一个和两个完整的精子生成周期

一般情况和后肢卸载的验证

在整个10周的实验过程中，所有小鼠的整体状况都良好。与对照组相比，HLU组小鼠的体重略有下降，但仍保持在基线值的85%以内，而对照组小鼠的体重保持不变（图2A）。HLU组小鼠的比索鲁斯肌质量逐渐减少（图2B），证实了后肢的有效机械卸载。相比之下，肾上腺质量和血液学参数（RBC、HGB、HCT、WBC、PLT）在两组之间没有差异

讨论

在本研究中，我们使用带有腹股沟导管束带的小鼠进行长期HLU处理，以区分机械卸载和睾丸过热的效应，并特别关注附睾功能。10周的HLU处理导致睾丸质量显著减少，而雄激素依赖的附属腺体质量在5周内保持不变，到10周时仅有轻微下降。在此背景下，我们使用精囊-前列腺复合物的质量作为一个综合指标

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M.A. Mashkin：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法学、研究、数据分析、概念化。O.V. Fadeeva：研究、数据管理。A.A. Andreev-Andrievskiy：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、方法学、资金获取、数据分析、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的会影响到本文工作的财务利益或个人关系

致谢

本工作得到了俄罗斯科学院生物医学问题研究所（IBMP RAS）（国家任务FMFR-2024-0041）和莫斯科州立大学MITooengineering研究所的支持

作者感谢Averina O.A.博士提供显微镜的使用。

M.A. Mashkin|O.V. Fadeeva|A.A. Andreev-Andrievskiy