常温保存过程活性氧诱导猪精子凋亡的研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hfzxl
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畜牧业是国民经济的基础产业和农村经济的支柱产业,养猪业是畜牧业的重要组成部分,在国民经济发展中具有重要意义。而人工授精技术在现代化养猪业发展过程中发挥重要作用,是提高猪肉产品质量、促进品种改良及生猪养殖规模化的重要技术手段。精液保存是家畜人工授精技术中重要的环节。猪精液通常在常温下保存以保证精子在体外的活力和受精能力。但精子在体外保存过程中,精子受活性氧(Reactive oxygen species,ROS)等不利因素的影响,精液品质不断下降,不利于人工授精技术的广泛应用。然而,ROS诱导的精子凋亡在猪精液常温保存中的分子机理尚不清楚。因此,本研究分析了常温保存过程中猪精液品质与ROS水平的相关性,并探讨了常温保存过程ROS诱导的线粒体损伤对猪精子凋亡的作用,同时研究了ROS清除剂姜黄素和N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine,NAC)对常温保存猪精子的抗凋亡作用,以期提高猪精液常温保存效果。本研究获得以下主要结果:1.本试验使用自配稀释液将猪精液常温保存9 d,在保存不同阶段测定精子活率、质膜和顶体完整率等指标,并分析了ROS水平与精液品质之间的相关性。在常温保存过程中,精子活率、精子质膜和顶体完整率以及抗氧化性能均显著降低,ROS水平显著升高,ROS水平与常温保存猪精液品质呈显著负相关。其中,精子活率在保存前1 d无显著变化,从保存第3 d开始显著降低(P<0.05),第7 d时降低至65.45%±1.13%。精子质膜和顶体完整率在保存第7 d时显著低于第0 d(P<0.05),且在保存第7 d时分别为64.45%±2.23%和65.78%±2.95%,因此本试验中猪精液有效保存时间为7 d。保存第3 d精子ROS水平显著高于第0 d和第1 d(P<0.05),第7 d精子ROS水平显著高于第5 d(P<0.05);ROS的过量产生导致精子膜结构过氧脂质化,与保存第0 d相比,常温保存第7 d精子T-AOC和抗氧化酶(CAT、SOD、GPX)活性显著降低(P<0.05),MDA含量显著升高(P<0.05)。本研究表明在猪精液常温保存过程中ROS的过量产生导致精液品质下降。2.本试验通过在猪精液常温保存不同阶段检测精子凋亡水平等指标,表明精子在常温保存过程中ROS诱导线粒体损伤,并导致精子凋亡,且精子ROS水平与线粒体膜电位(r=-0.979)、ATP含量(r=-0.804)、精子凋亡水平(r=0.949)及线粒体T-AOC(r=-0.789)均呈显著相关关系。其中,线粒体内MDA含量在保存第3 d和第7 d时均高于第0 d(P<0.05);精子线粒体内抗氧化酶不足以清除过多的ROS,导致保存第7 d线粒体T-AOC和抗氧化酶(CAT、SOD、GPX)活性显著低于第0 d(P<0.05);保存第3 d和第7 d精子线粒体膜电位均显著低于第0 d(P<0.05),且精子ATP含量在保存第7 d显著低于第0 d(P<0.05),线粒体膜结构和功能损伤,导致精子凋亡。保存第3 d和第7 d精子凋亡水平显著高于第0 d(P<0.05)。本研究表明在猪精液常温保存过程中ROS的过量产生导致精子线粒体损伤,从而导致精子凋亡。3.为研究ROS清除剂姜黄素和NAC对常温保存过程ROS诱导的猪精子凋亡的影响,本试验在精液常温保存稀释液中分别添加姜黄素(0、5、10、15、20μmol/L)和NAC(0、12.5、25、50、100μmol/L)保存3 d后检测精子活率。试验结果表明添加15μmol/L姜黄素和50μmol/L NAC时精子活率显著高于对照组(P<0.05),保存第3 d时精子活率分别为84.37%±0.42%和86.24%±1.12%。在稀释液中添加15μmol/L姜黄素和50μmol/L NAC后保存猪精液,研究表明姜黄素和NAC处理组精子ROS水平显著低于对照组(P<0.05),线粒体膜电位显著高于对照组(P<0.05)。通过凋亡级联通路分析发现,姜黄素和NAC处理组线粒体细胞色素C(Cyt C)显著高于对照组(P<0.05),而胞质内Cyt C显著低于对照组(P<0.05);通过Western Blot检测凋亡相关蛋白的表达水平,结果表明姜黄素和NAC处理组Cleaved caspase-3和Cleaved caspase-9及促凋亡蛋白BAX的表达水平显著低于对照组(P<0.05),且姜黄素和NAC处理组抗凋亡蛋白BCL-2的表达量显著高于对照组(P<0.05);姜黄素和NAC处理组精子凋亡水平显著低于对照组(P<0.05)。本研究表明姜黄素和NAC可通过清除ROS抑制常温保存过程中猪精子线粒体依赖性凋亡。因此,在猪精液常温保存过程中,ROS的过量产生导致精子线粒体抗氧化性能降低,线粒体膜结构和功能受损,ATP含量降低,从而引发精子凋亡。在精液常温保存稀释液中添加15μmol/L姜黄素和50μmol/L NAC能够通过清除精子ROS提高线粒体膜电位,降低细胞促凋亡蛋白BAX的表达,提高抗凋亡蛋白BCL-2的表达,抑制线粒体内Cyt C释放至胞质,阻止Caspases通路的激活,抑制精子凋亡,提高精液品质。
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