砷是自然环境中广泛存在的一种类金属物质，其环境暴露已经对人类产生了包括男性不育在内的一系列健康效应。然而，目前对于砷暴露诱导的雄性生殖毒性仍缺乏全面的认知，其内在的分子毒理机制更是远未清楚。因此，在本论文中，我们首先综合利用蛋白质组学和代谢组学技术分析了砷暴露对大鼠睾丸中雄性生殖系统发育和功能相关蛋白质与代谢物的影响。其次，利用体外和体内模型研究了组蛋白H3K9甲基化在砷诱导的睾丸类固醇激素合成紊乱中的作用。最后，通过分析不育男性人群精子中的H3K9me3水平及其尿砷浓度，探讨砷暴露与精子组蛋白H3K9甲基化和精子质量之间的关系。　　研究结果显示，砷显著降低了大鼠血清中的睾酮水平，并导致其精子质量下降。大鼠睾丸中70种蛋白质（36种上调，34种下调）和13种代谢物（8种上调，5种下调）的含量在砷暴露后发生显著变化。其中，19种蛋白质和2种代谢物与雄性生殖系统发育和功能（如精子发生、精子功能和受精、生殖能力、内生殖器发育、交配行为）密切相关。进一步研究表明，砷主要通过异常调节这些蛋白质和代谢物影响精子发生和受精过程，并且该毒性作用受到ERK/AKT/NF-κB依赖的信号通路调控。　　结合体外和体内实验，我们研究了组蛋白H3K9甲基化在砷诱导的类固醇激素合成紊乱中的作用机制。体外和体内实验结果均显示，砷可通过影响类固醇激素合成相关基因的表达诱导生殖毒性，并且改变了大鼠睾丸和小鼠间质细胞(MLTC-1)中的H3K9甲基化水平。在体外实验中，我们发现砷显著上调了3β-HSD的表达水平，却降低了其它类固醇激素合成关键基因的表达。此外，砷暴露还显著降低了细胞中组蛋白H3K9的二甲基化和三甲基化水平。由于H3K9去甲基化可激活基因转录表达，我们进一步研究细胞中H3K9甲基化水平的下降是否导致了3β-HSD的表达激活。实验结果表明，H3K9me2/3去甲基化酶(JMJD2A)抑制剂quercetin(Que)与砷共暴露显著缓解了砷暴露导致的H3K9me2/3水平下降及3β-HSD表达上调。为深入探究3β-HSD表达上调的分子机制，我们分析了3β-HSD基因启动子区域的H3K9me2/3水平。结果发现，砷暴露后该基因启动子的H3K9me2/3水平亦显著降低。另外，砷暴露后砷甲基化酶As3MT表达水平发生显著上调，说明细胞内的砷甲基化过程可能减少了甲基化供体（SAM），进而导致H3K9me2/3水平下降。综上，我们认为砷暴露通过抑制组蛋白H3K9的二甲基化和三甲基化水平激活了3β-HSD的转录表达，从而干扰MLTC-1细胞中的类固醇激素合成。　　体内实验研究表明，砷暴露显著抑制了大鼠睾丸中类固醇激素合成关键基因如StAR,P450scc，3β-HSD，CYP17A1和17β-HSD等的表达，从而降低了睾酮合成水平。此外，睾丸组蛋白H3K9me1/2甲基转移酶G9a表达下调，去甲基化酶JHDM2B表达上调引起了H3K9me1/2水平下降;而H3K9me3甲基转移酶Suv39h1表达上调，去甲基化酶JMJD2A表达下调，导致了H3K9me3水平上升。在上述类固醇激素合成关键基因的启动子区域，我们也发现H3K9me3水平在砷暴露后发生了明显的上调。鉴于组蛋白H3K9甲基化可导致基因沉默，我们认为砷可通过提高大鼠睾丸H3K9的三甲基化水平抑制类固醇激素合成相关基因的表达，进而抑制睾酮合成，并可能因此影响大鼠的生精过程，最终导致精子质量下降。　　基于以上研究结果，我们进一步在一个78例的男性人群中分析了精子组蛋白H3K9me3水平与砷暴露和精子质量的关系。将该研究人群依据其尿总砷水平被分为低砷暴露和高砷暴露两组。Spearman相关性分析结果显示，在低砷暴露组中，H3K9me3水平与精子浓度、精子数、精子活力、活率等精子质量参数，以及尿总砷、二甲基砷(DMA)浓度具有显著的正相关。因此，精子H3K9me3水平与精子质量和砷暴露水平均存在正相关关系，表明环境砷暴露可能通过改变精子组蛋白H3K9的三甲基化水平而影响人类精子质量。　　本研究通过睾丸蛋白质组学和代谢组学分析表明，砷可通过改变睾丸中生精、受精过程等相关蛋白表达及干扰代谢通路等机制损害雄性生殖功能。此外，体内体外实验结果显示，砷暴露还可通过改变组蛋白H3K9的甲基化水平，从而影响睾丸类固醇激素合成相关基因的表达，最终抑制睾酮合成，并可能损害生精过程。人群水平研究进一步证实，砷暴露与组蛋白H3K9三甲基化水平和精子质量显著相关，提示环境砷暴露可能通过表观遗传机制（组蛋白修饰）影响人类精子质量。总之，本研究结果不仅有助于我们进一步认识砷诱导雄性生殖毒性的分子机制，还可筛选有效的生物标志物，用于环境砷暴露的健康风险评价。