近年来,全球范围内不孕不育及胚胎发育异常现象日趋严重,其中男性生殖力显著性下降已经成为不争的事实,例如临床上的无精症、少精症等疾病患者的人数日趋增多。精子数量、密度、畸形、运动性等质量问题引起人们重视。很多的环境因素都会影响精子的质量,如常见的物理因素、化学因素,甚至不良的习惯都会使得精子质量受到影响。我们实验室前期的研究证实,暴露于香烟烟雾情况下,睾丸生殖细胞会出现相应的应激反应,甚至会对精子生成过程中的生精细胞、细胞分裂和血清激素水平都产生不利影响。我们实验室进一步证实,尼古丁会引起睾丸中的生殖细胞发生凋亡,并且可以同时增加睾丸间质细胞的细胞质中自噬体的形成。另外,尼古丁还会影响生精细胞的端粒酶活性,而且会缩短端粒的长度,并造成染色体进一步的结构损伤。值得注意的是,经尼古丁处理后,小鼠睾丸中涉及细胞骨架调节和能量代谢的蛋白质表达出现显著上调,而且尼古丁处理后小鼠精子的运动能力得到提升。但是,尼古丁暴露后,小鼠精子顶体反应及顶体功能是否会出现异常尚不清楚。因此,本研究拟观察尼古丁对精子顶体的影响,为吸烟影响男性生殖提供新的思路。首先我们将品系为C57BL/6J的雄性小鼠随机地分为尼古丁组(n=20)和对照组(n=20),随后对尼古丁组采取每天腹腔注射0.2mg/100g的尼古丁,而对照组则注射等体积的生理盐水,保持连续处理5周。处理结束后,立即采用RNA-Seq的手段检测尼古丁处理前后精子的RNA转录组的相应表达水平。转录组学结果显示尼古丁处理组及对照组reads数分别为1739093和2089729,在拼接完成后共获得8699个转录本。随后,依照GAPDH对对照组和尼古丁组RNA的RPKM值进行校正。基于校正结果,我们建立了一个数学模型。模型表明RPKM值>6的RNA在精子当中恒定存在。随后,我们按照此基准进行本研究中的表达差异基因的筛选,最终得到803个差异基因。将差异基因进行GO功能聚类分析,得到经尼古丁处理后表达差异的基因在分子功能、生物学过程和细胞组分层面上的归类分析。同时,利用KEGG信号通路分析得到差异基因的信号通路分布情况。KEGG信号通路分析指出差异基因在能量代谢和蛋白代谢信号通路中分布最广,其中在能量代谢通路中主要集中分布在糖酵解信号通路,而在蛋白代谢通路中则主要集中在顶体酶(溶酶体酶)信号通路当中。后续的实验结果显示尼古丁处理后,小鼠精子顶体酶活性和顶体反应率分别显著升高了1.48倍和1.32倍。这一结果直观的显示尼古丁对顶体产生的影响。为了更进一步揭示这种影响的分子机制,我们采用Western blot检测了顶体酶(溶酶体酶)通路蛋白变化情况。Western blot结果显示,顶体酶(溶酶体酶)通路中逆转运相关的CLTC蛋白的表达情况,尼古丁处理组相较于对照组降低了1.42倍,显著低于对照组。这暗示着尼古丁有可能增加顶体酶的合成。综上所述,本实验研究指出在精子生成过程中尼古丁在转录组层面影响了精子基因的表达。通过对差异基因分析,发现了与精子顶体功能相关的差异基因,而后续的实验证实:尼古丁下调精子发生过程中顶体酶(溶酶体酶)通路相关的逆转运蛋白CLTC的表达,并上调了顶体酶活性和顶体反应率,从而影响了精子顶体的功能。本实验研究结论有助于了解尼古丁对精子顶体功能影响的机制,也为临床上男性不育和后代胚胎发育问题提供思路。