全氟辛烷磺酸通过线粒体功能障碍诱导的细胞氧化应激及凋亡影响小鼠卵母细胞体外成熟

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近年来,随着环境问题的日益严重,药物和个人护理用品(PPCPs)作为一种新兴的污染物备受关注。PPCP有多种类型,包括抗生素、杀菌剂、增塑剂、表面活性剂等。由于这种物质即使在被去除的情况下也会不断被引入环境中,因此也被称为“伪持久性”污染物。接触PPCPs可导致DNA损伤,进而导致与发育、生殖、胃肠道和其他系统相关的毒性。其中,PPCPs对生殖系统功能的影响引起了研究者的广泛关注。研究表明,暴露于一定剂量的PPCPs会导致线粒体功能障碍和氧化应激,从而抑制卵母细胞体外成熟。PPCPs在体内的长期积累也会导致不良的生殖结局,如排卵异常、卵巢早衰甚至不孕。全氟辛烷磺酸(PFOS)作为PPCPs的成员之一,是一种重要的全氟表面活性剂,广泛应用于农业活动、纺织工业、食品包装、化妆品等领域。人类接触PFOS主要是通过与个人护理用品密切接触,以及呼吸道吸入或水和食物摄入。由于全氟辛烷磺酸在人体内半衰期长,代谢缓慢,侵入人体后易在各器官中蓄积,引起神经毒性、发育毒性、生殖毒性、内分泌干扰等。PFOS对女性生殖健康的影响不容忽视。流行病学研究表明,在女性卵泡液中检测到全氟辛烷磺酸等有机污染物,可直接影响卵巢颗粒细胞的功能。此外,在卵泡液中接触全氟辛烷磺酸会增加不孕因素的风险和降低受精率。在动物实验中,PFOS的生殖毒性被进一步证实。哺乳动物的卵母细胞成熟过程是一个复杂的生长发育过程,对受精和胚胎的发育都具有重要意义,包括卵子的细胞核和细胞质成熟。许多不同的细胞间和细胞内信号分子过程参与了这一过程。如线粒体动力学的调节、染色体与卵母细胞皮质的相互作用、内质网的重组等都会影响卵母细胞的成熟过程。随着卵母细胞第一次减数分裂时生发泡的破裂,染色体直接暴露于卵母细胞的细胞质,此时卵母细胞对外部的化学物质非常敏感。研究表明,暴露于PPCPs可破坏细胞骨架动力学,诱导与DNA损伤相关的卵母细胞凋亡,并促进ROS的过度生成,从而触发线粒体介导的凋亡,卵母细胞质量下降最终将不利于胚胎的形成和发育。然而,全氟辛烷磺酸对小鼠卵母细胞成熟的毒性机制尚不清楚。然而,作为雌性生殖过程的最基本的一环,还没有报告证明PFOS是否干涉与卵母细胞的减数分裂过程相关的机制。在这项研究中,我们以小鼠卵母细胞为体外培养模型,探讨了PFOS对卵母细胞的毒理学作用,并试图寻找其中的机制。由于妇女体内全氟辛烷磺酸的含量随个体暴露的不同而不同,因此体外结果与体内结果不尽相同。我们的实验只揭示了什么浓度的全氟辛烷磺酸对卵母细胞的毒性及其可能的体外机制。我们首先分析了全氟辛烷磺酸(PFOS)处理卵母细胞的PBE率,探讨了 PFOS暴露对卵母细胞体外成熟的影响。结果表明,当PFOS浓度达到600μM时,PBE率显著降低,说明高浓度PFOS干扰了卵母细胞的成熟过程。此外,免疫荧光的结果显示,PFOS破坏了肌动蛋白丝的动态,这反映在MI期卵母细胞微丝的表达减少。同时,暴露于PFOS的卵母细胞也出现不同程度的纺锤体缺陷和染色体错位。一旦染色体排列在纺锤形赤道板上,SAC被沉默,后期促进复合体(APC)被激活,然后染色体分离,卵母细胞进入后期。MI细胞中SAC的持续激活可导致染色体分离错误并导致非整倍体,这通常伴有K-M连接缺陷。我们的结果也证实了 PFOS干扰了 K-M附着的稳定性,进一步导致非整倍体卵母细胞数量显著增加。我们进一步证实了 PFOS还影响了细胞凋亡以及表观遗传的情况,结果显示Annexin-V阳性细胞大量增加,细胞显示高ROS水平及内质网应激水平,线粒体分布出现异常,线粒体膜电位发生去极化改变,H3K4me3和H3K9me3相应位点甲基化程度受到改变。总之,我们的研究证实,PFOS可通过影响细胞骨架的动态变化、损伤线粒体功能、诱导氧化应激、加速细胞早期凋亡和改变组蛋白修饰等途径,降低小鼠卵母细胞质量,延缓减数分裂进程。
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