FSH调控奶山羊睾丸支持细胞自噬和抵抗氧化应激的分子机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:neusoftlyh
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雄性哺乳动物生殖能力的实现依赖于在睾丸曲细精管中持续进行且稳定的精子发生,支持细胞作为曲细精管中唯一的体细胞,直接参与调节精子发生过程中生殖细胞的发育。近年来的研究发现,支持细胞自噬在维持支持细胞功能和保障精液品质中发挥重要作用。在氧化应激诱导的精子发生障碍中,支持细胞常被认为是氧化损伤的靶细胞。与此同时,促卵泡素(Follicle-stimulating hormone,FSH)在精子发生和支持细胞功能中发挥关键作用,但关于FSH对支持细胞自噬和抵抗氧化应激的调控作用依然不清楚。此外,哺乳动物的精子发生受生殖激素的调控,奶山羊的繁殖具有显著的季节性变化,其激素水平和精液品质会随季节变化而发生变化,但关于繁殖与非繁殖季节性成熟奶山羊精子发生、睾丸组织学和支持细胞的变化及其机理未见相关报道。因此,本研究以雄性奶山羊为研究对象,利用酶联免疫吸附测定(ELISA)、免疫组织化学染色和透射电子显微镜等方法,明确繁殖与非繁殖季节雄性奶山羊激素水平、睾丸组织学、支持细胞自噬水平和精子发生相关信号通路的差异。在细胞水平,通过向体外培养的奶山羊支持细胞培养基中添加FSH,探究FSH对支持细胞自噬和抵抗氧化应激的调节作用。同时利用小鼠睾丸氧化应激模型,外源注射FSH,分析睾丸组织学和支持细胞超微结构的变化,检测氧化应激、凋亡、自噬和支持细胞相关蛋白的表达情况,进一步在动物活体水平明确FSH在支持细胞氧化损伤中的保护作用。本研究主要获得如下结果:1.与繁殖季节(10月份中旬)相比,非繁殖季节(4月份中旬)奶山羊精液品质显著降低(P<0.01),血清FSH和睾酮水平分别降低了49.36%和36.63%(P<0.01)。同时,非繁殖季节的奶山羊睾丸生殖细胞凋亡数量显著增加(P<0.05),且增殖活性显著降低(P<0.05),但睾丸大小未发生明显变化(P>0.05),表明奶山羊精子发生受到季节性影响,但并未完全停止。与繁殖季节相比,非繁殖季节奶山羊睾丸支持细胞自噬更为活跃,且细胞形态结构发生变化。此外,繁殖季节奶山羊睾丸中FSH受体FSHR、WT1、ABP、GDNF和SCF蛋白表达水平显著高于在非繁殖季节奶山羊睾丸中的表达(P<0.05)。转录组测序(RNA-Seq)分析结果显示,在繁殖季节的奶山羊睾丸中,PI3K/Akt信号通路富集的显著上调基因数目最多(共10个),提示PI3K/Akt信号通路在奶山羊季节性精子发生中具有重要作用。2.在奶山羊支持细胞培养基中添加2 IU/m L FSH处理48 h后,支持细胞活力极显著提高(128.30%±7.82%,P<0.01),且FSH能够激活PI3K/Akt/m TOR信号通路,进而提高LC3-II/I比例,并减少p62蛋白降解,提示支持细胞自噬下游降解过程被抑制。Ch IP-PCR显示,转录因子EB(Transcription factor EB,TFEB)能够直接与LAMP2的启动子区域结合。另外,FSH通过调节TFEB核易位显著降低LAMP2蛋白(P<0.001)和溶酶体基因m RNA表达水平(P<0.05),减少溶酶体生成,进而抑制奶山羊支持细胞自噬。同时,FSH抑制的自噬能够延长ABP、GDNF和SCF蛋白的半衰期,并促进ABP和SCF蛋白的分泌。3.利用H2O2建立奶山羊支持细胞体外氧化应激模型,发现H2O2刺激奶山羊支持细胞能够极显著降低细胞活力(P<0.001),显著增加细胞内ROS水平(P<0.05);0.6 mmol/L H2O2处理支持细胞后,细胞活力降低为对照组的47.25%±5.16%(P<0.001)。2 IU/m L FSH预处理支持细胞48 h能够提高支持细胞抗氧化酶活性,并且抑制了H2O2诱导的支持细胞凋亡,表明FSH能够预防H2O2诱导的奶山羊支持细胞氧化损伤。此外,FSH抑制的支持细胞自噬导致p62蛋白积累增加,而p62蛋白积累可以维持Nrf2蛋白的持续活化。同时,FSH预处理能够极显著增加支持细胞中Nrf2的表达水平和核易位(P<0.01),进而提高支持细胞中抗氧化基因的表达水平。此外,干扰Nrf2和p62能够消除FSH对支持细胞的保护作用,表明Nrf2和p62在FSH介导的支持细胞抗氧化损伤保护作用是必需的。上述结果表明,FSH能够通过p62/Nrf2信号通路提高奶山羊支持细胞抗氧化酶活性以抵抗H2O2诱导的氧化损伤。4.在小鼠睾丸氧化应激模型中,H2O2导致小鼠睾丸曲细精管中出现大量空泡结构,生精上皮受损;而FSH预处理显著增加了小鼠睾丸中SOD活性和总GSH水平(P<0.05),降低了MDA含量(P<0.05),减少了H2O2引起的生殖细胞凋亡和丢失,缓解生精上皮结构损伤,提示FSH可以降低睾丸氧化损伤。同时,FSH预处理可以减少支持细胞自噬样结构的数量(P<0.01),有效阻止氧化应激诱导的支持细胞超微结构损伤,并促进支持细胞相关蛋白FSHR、ABP、GDNF和SCF的表达。综上所述,本研究发现奶山羊精子发生受到季节性调节,且PI3K/Akt信号通路可能参与奶山羊季节性精子发生调节过程。此外,通过体外试验表明FSH通过PI3K/Akt/m TOR信号通路减少奶山羊支持细胞溶酶体生成,抑制细胞自噬水平,导致p62蛋白积累,并维持Nrf2的持续活化,进而抵抗奶山羊支持细胞氧化应激。本研究为深入探讨FSH介导的支持细胞自噬调控奶山羊精子发生的机制提供理论依据,同时为哺乳动物生精障碍和雄性不育等相关研究提供理论参考。
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