猪隐睾睾丸精子发生障碍的分子机制研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:asdf716
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目的:自发性单侧隐睾公猪是一侧睾丸位于腹部或腹股沟管,这使得睾丸接近或位于体温环境。不同品种的仔猪中,单侧隐睾的发病率为2%。猪隐睾症主要关注的问题是,腹部异常高温导致隐睾睾丸正常精子发生中断。生殖细胞的建立和维持是保证一个物种生存的关键,受多种因素的影响,其中温度是最主要的因素。雄性生殖细胞(精子)是由精子发生的复杂过程产生的。精子发生是在低于核心体温2-8°C的阴囊温度下进行。睾丸暴露在体温环境导致精子发生阻滞,但具体的分子机制尚不清楚。自发性单侧隐睾是研究体温对精子发生影响的良好动物模型。方法:本研究以断奶前仔猪(20d,15Kg左右,4头)、隐睾和对侧阴囊公猪睾丸(7-9月龄,140-150Kg,4头)为研究对象,手术摘取两侧睾丸,部分置于液氮,用于提取总mRNA和蛋白,以及进行RNA-seq和i TARQ检测;部分置于Bouin氏固定液中,用于TUNEL、HE染色和免疫组织化学分析。雄性健康SD大鼠(30d,90~100g,6只),手术诱导单侧隐睾,隐睾30d,3只手术摘取两侧睾丸,置于Bouin氏固定液中,用于免疫组织化学分析;3只用生物素示踪法检测两侧睾丸血睾屏障通透性变化。结果:1.自发单侧隐睾公猪睾丸支持细胞和生殖细胞数量的变化HE染色结果显示,与对侧阴囊睾丸相比,隐睾睾丸只含有支持细胞和少量精原细胞,未见减数分裂后的生殖细胞。形态计量学研究结果显示,与对侧阴囊睾丸相比,隐睾睾丸生殖细胞总数显著减少,支持细胞总数无显著变化;较断奶前仔猪睾丸,隐睾睾丸生殖细胞和支持细胞总数均显著增加。2.自发单侧隐睾对公猪睾丸增殖和凋亡相关蛋白表达与定位的影响TUNEL结果显示,精原细胞凋亡信号明显减少。qRT-PCR和Western Blot结果显示,隐睾组中PCNA和Bax的蛋白和mRNA水平显著降低;细胞凋亡抑制蛋白Bcl-2的表达升高。免疫组织化学结果显示,PCNA表达于精原细胞的细胞核。隐睾导致Bax在精原细胞的重新分配,从细胞质转移至细胞核表达。Bcl-2在各实验组中优先表达于近管腔部位生殖细胞的细胞质和细胞核。与对侧阴囊组相比,隐睾组PCNA阳性细胞和TUNEL阳性细胞减少。3.自发单侧隐睾对公猪睾丸自噬相关蛋白表达与定位的影响qRT-PCR和Western Blot结果显示,隐睾组中LC3和Beclin1的蛋白和mRNA水平显著降低;p62的表达显著升高。免疫组织化学结果显示,LC3表达于精原细胞的细胞质。与对侧阴囊组相比,隐睾组LC3阳性细胞减少。4.自发单侧隐睾对公猪睾丸血睾屏障紧密连接分子表达与定位的影响qRT-PCR和Western Blot结果显示,隐睾组中Claudin-11的蛋白和mRNA水平显著升高;Occludin和ZO-1蛋白和mRNA水平显著降低。免疫组织化学结果显示,隐睾导致Claudin-11、Occludin和ZO-1的异位表达:由细胞膜转移至细胞质表达。5.单侧隐睾对大鼠睾丸血睾屏障通透性的影响免疫组织化学结果显示,隐睾导致Claudin-11和ZO-1的异位表达:由细胞膜转移至细胞质表达。生物素示踪结果显示,生物素进入隐睾睾丸管腔。6.转录组学分析自发单侧隐睾对公猪睾丸基因表达的影响RNA-seq结果显示,断奶前仔猪和隐睾睾丸组织比较,共有6901个差异表达基因,其中4603个上调,2298个下调。隐睾和对侧阴囊睾丸组织比较,共有13873个差异基因,其中8216个上调,5657个下调。GO富集分析显示,隐睾睾丸和断奶前仔猪睾丸相比,较多差异基因的功能与细胞黏附、细胞发展和精子发生等有关;隐睾和对侧阴囊睾丸组相比,较多差异基因的功能与精子发生、细胞分化和细胞迁移等有关。KEGG Pathway富集分析显示,断奶前仔猪与隐睾睾丸相比,差异基因较多富集于代谢、ECM受体相互作用和细胞黏附等信号通路。隐睾睾丸与对侧阴囊睾丸相比,差异基因较多富集于物质代谢、细胞黏附分子(CAMs)和信号转导相关通路(凋亡、吞噬、Ras和MAPK通路)等,且CAMs通路相关基因大多上调表达,包括CLDN11(Claudin-11)。下调基因中Nectin-3在细胞黏附、迁移和极化中发挥作用。7.蛋白质组学分析自发单侧隐睾对公猪睾丸蛋白表达的影响结果显示,隐睾组和断奶前仔猪相比,1459个差异蛋白:773个上调,686个下调;隐睾组和对侧阴囊组相比,1424个差异蛋白:656个上调,768个下调。GO富集分析显示,隐睾组和断奶前仔猪相比,较多差异蛋白的功能与细胞黏附、代谢和胞外基质等有关;隐睾组和对侧阴囊组相比,较多差异蛋白的功能与精子发生、繁殖和能量代谢有关。KEGG Pathway富集分析显示,隐睾组和断奶前仔猪相比,差异蛋白主要富集在黏着斑信号、DNA复制和视黄醇代谢通路。隐睾组和对侧阴囊组相比,差异蛋白主要富集在DNA复制、蛋白酶体、缝隙连接和黏着连接通路。SDR5A1和CYP11A等的下调表达,提示睾酮合成和代谢受阻。结论:隐睾导致猪睾丸生殖细胞增殖不足,过度凋亡和自噬;支持细胞结构和功能受损,血睾屏障(BTB)通透性增加,支持细胞供能不足,最终导致猪睾丸生精障碍。
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