双酚A暴露引起青春前期大鼠睾丸中精子发生障碍及PI3K/Akt/FOXO1信号通路介导的凋亡

目的:研究BPA对青春前期雄性大鼠精子发生过程的干扰作用及探讨BPA暴露后睾丸中PI3K/Akt/FOXO1信号通路改变可引起睾丸组织细胞凋亡,并用体外实验BPA染毒支持细胞验证BPA对支持细胞的结构和功能蛋白的干扰作用。方法:将24只清洁级青春前期雄性Sprague-Dawly(SD)大鼠(25日龄)随机分为四组:对照组(玉米油)和2 mg/kg、10 mg/kg、50 mg/kg三个BPA染毒组(BPA溶于玉米油),腹腔注射染毒,每两天染毒一次,一共染毒10次,20天后结束染毒。用双抗夹心酶联免疫法检测血清中卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone,FSH),抑制素B(inhibin-B,INHB),睾酮(testosterone,T)和黄体生成素(luteinizing hormone,LH)的浓度;用HE染色检测睾丸组织形态改变;TUNEL检测睾丸组织细胞凋亡;实时RT-PCR法检测N-cadherin、vimentin、FSHR、caspase3、PI3K、Akt、FOXO1的mRNA表达水平;Western blot法检测N-cadherin、vimentin、FSHR、cleaved caspase3、procaspase3、PI3K、p-Akt、p-FOXO1、FOXO1的蛋白表达水平。取青春前期(18日龄)雄性SD大鼠进行睾丸支持细胞原代培养,48 h后分别暴露于0(溶剂对照组)、30、50、70μmol/L BPA,染毒24 h。采用实时RT-PCR、Western blot法分别检测N-cadherin、vimentin及FSHR的mRNA和蛋白的相对表达量。结果:与对照组相比,BPA暴露青春前期雄性大鼠后,可引起血清中FSH和T的浓度显著降低,INHB的浓度升高;可对睾丸组织产生病理学损伤,主要表现为:生精小管萎缩、生精细胞和支持细胞排列紊乱、细胞间空泡化形成、精原细胞数量明显减少、部分生精细胞脱落至管腔;和对照组相比,结构和功能蛋白N-cadherin、vimentin和FSHR的mRNA和蛋白表达在BPA染毒组中均有所下降;TUNEL法检测到50 mg/kg BPA染毒组中生精小管内凋亡细胞显著增多,以精原细胞和支持细胞为主。与对照组相比,PI3K mRNA和蛋白表达在BPA染毒组显著下降;Akt的mRNA和p-Akt的蛋白水平在BPA染毒组均下降;FOXO1的mRNA和蛋白水平在50 mg/kg BPA组明显增加,p-FOXO1的蛋白表达在50 mg/kg BPA组明显降低。此外,caspase3mRNA表达和cleaved caspase3蛋白表达在高浓度BPA染毒组均显著升高,procaspase3蛋白表达降低。体外实验中,与溶剂对照组相比,N-cadherin的mRNA和蛋白表达在BPA染毒组中明显升高;vimentin的mRNA和蛋白表达在BPA染毒组下降显著;FSHR mRNA表达上调,但是在蛋白表达水平显著下降。结论:BPA暴露青春前期雄性大鼠后,通过降低血清中FSH和T的浓度,干扰睾丸支持细胞中结构和功能蛋白N-cadherin、vimentin和FSHR的表达,从而影响正常的精子发生过程。此外,BPA暴露可引起睾丸中PI3K/Akt/FOXO1信号通路被抑制,凋亡执行因子caspase3活化,最终引起睾丸组织细胞凋亡。体外实验证实,BPA可干扰支持细胞中结构与功能蛋白N-cadherin、vimentin和FSHR的表达,对支持细胞产生毒性作用。