论文部分内容阅读
研究背景:高原低张性缺氧（低氧）对男性生殖功能有显著负面影响,其中,精子生成减少是高原男性生殖功能低下的中心环节。精子生成减少的形成是一个复杂的病理生理过程,体内研究表明,在生精细胞中,精母细胞对低氧最为敏感,但是低氧引起体内精母细胞凋亡的机制还不明确。缺氧引起细胞凋亡有两条重要途径:死亡受体凋亡途径和线粒体凋亡途径,这两条凋亡途径在肿瘤中被广泛研究,然而这两条凋亡途径是否参与低氧引起的精母细胞凋亡还不清楚。在体内缺血性缺氧所引起的精子生成减少的疾病模型中,HIF-1α与精索静脉曲张、睾丸扭转、寡精症发生发展密切相关,但是HIF-1α是否参与高原低氧所引起的精母细胞凋亡,以及HIF-1α与两条凋亡途径间的调控机制更无从知晓。巨自噬（简称自噬）开始形成于以Beclin-1连接的自噬起始复合物,复合物相互连接形成双层膜结构,双层膜进一步延长形成闭合环装的自噬小体,自噬小体包裹细胞内破坏的细胞器和损伤的蛋白并与溶酶体融合,最终细胞得以存活。自噬与凋亡是两个紧密联系的病理生理学过程,自噬先于凋亡出现,当外界刺激出现时,自噬出现并抑制凋亡;当外界刺激超过一定限度时,凋亡反过来抑制自噬并正反馈加强凋亡。阐明低氧下精母细胞自噬与凋亡相互作用的分子机制,对于研究低氧引起的精子生成减少有着重要的现实意义。本研究旨在查明低氧引起精母细胞凋亡的内在机制,明确低氧对精母细胞自噬的影响,以及探讨自噬和凋亡在精母细胞中相互作用的分子机制。为防治低氧引起的精子生成减少提供新策略和新靶点。研究方法与内容:1.建立低氧（1%氧浓度）诱导小鼠精母细胞系GC-2凋亡模型,并使用TUNEL法和流式细胞术检测细胞凋亡。2.缺氧处理GC-2细胞48h后,酶标法检测LDH含量、Caspase-8含量;WesternBlot法检测DR5、c-FLIP、DcR2、TRAIL、Fas等死亡受体（Death Receptor/DR）凋亡途径相关基因表达,RT-qPCR法检测DR凋亡途径各相关基因mRNA表达。低氧下加入caspase-8特异性抑制剂Z-IETD-FMK,酶标法检测细胞增殖活性。探讨DR凋亡途径在低氧诱导GC-2细胞凋亡模型中的作用。3.低氧结束后,酶标法检测Caspase-3/9含量;JC-1探针法检测线粒体跨膜电位;检测p53、Bcl-2、Bax等线粒体凋亡途径相关基因蛋白表达,RT-qPCR法检测线粒体凋亡途径各相关基因mRNA表达。低氧下特异性抑制caspase-9和同时抑制caspase-8和caspase-9后,酶标法检测细胞增殖活性。探索线粒体凋亡途径在低氧诱导GC-2细胞凋亡模型中的作用。4.低氧条件下转染HIF-1α特异性siRNA,采用流式细胞术检测GC-2凋亡,酶标法检测caspase-3/8/9含量,Western Blot法检测DR5、c-FLIP、DcR2、TRAIL、Fas、p53、Bcl-2、Bax等凋亡途径相关基因蛋白表达;研究HIF-1α在低氧激活DR凋亡途径和线粒体凋亡途径中的作用。5.建立低氧抑制小鼠精母细胞系GC-2自噬模型,并使用mCherry-GFP-LC3B法标记自噬小体与自噬性溶酶体并观察自噬流;流式细胞术检测自噬;Western Blot法检测Beclin-1、ATG5、BNIP-3、VPS34、LC3-II、p62、mTOR、LAMP2、VMA等自噬途径相关基因蛋白表达。6.低氧下转染Caspase-8特异性siRNA,采用酶标法检测GC-2细胞Caspase-3/8含量;mCherry-GFP-LC3B法观察自噬流;Cyto-ID法和吖啶橙法检测自噬;Western Blot法检测caspase-3/8、cleaved caspase-8、Beclin-1、ATG5、BNIP-3、VPS34、LC3-II、p62、mTOR、LAMP2、VMA等蛋白表达。7.低氧下过表达Beclin-1,运用Cyto-ID法检测GC-2细胞自噬;TUNEL法和Annexin V-FITC法检测凋亡;JC-1法检测线粒体跨膜电位;Western Blot法检测DR5、c-FLIP、DcR2、TRAIL、Fas、p53、Bcl-2、Bax蛋白表达。8.睾丸注射Puro-Beclin 1慢病毒,模拟海拔5000米低压低氧暴露30天,建立小鼠精子生成减少模型;HE染色和透射电镜观察生精小管结构变化;TUNEL法检测生精细胞凋亡。研究结果:1.与常氧对照组比较,1%氧暴露24h可诱导GC-2细胞凋亡增加,并且凋亡增加呈时间依赖性。2.低氧处理48h后,GC-2细胞DR5、TRAIL、Fas的mRNA水平和蛋白表达均显著增加,c-FLIP和DcR2的mRNA水平和蛋白表达均显著减少,DcR1的mRNA水平显著下降;LDH和caspase-8含量显著升高;与低氧对照组比较,特异性抑制caspase-8后,细胞增殖活性显著增加。3.低氧处理后,GC-2细胞Bax和p53的mRNA水平和蛋白表达均显著增加,Bcl-2的mRNA水平和蛋白表达均显著下降;caspase-3/9含量显著增加;线粒体去极化占极化比例显著增加;与低氧对照组比较,特异性抑制caspase-8后,细胞增殖活性显著增加;与常氧对照组比较,同时特异性抑制caspase-8和caspase-9后,细胞增殖活性无显著差异。4.低氧暴露下转染HIF-1α特异性siRNA后,GC-2细胞凋亡和caspase-3/8/9含量显著下降;DR5、TRAIL、Fas、Bax和p53的蛋白表达显著下降,c-FLIP、DcR2和Bcl-2的蛋白表达显著增加。5.与常氧对照组GC-2细胞比较,1%氧暴露24h可抑制自噬,并且自噬呈时间依赖性降低;GC-2细胞Beclin-1、ATG5、BNIP-3、VPS34、LC3-II、LAMP2、VMA蛋白表达显著下降,p62和mTOR的蛋白表达显著增加。6.低氧暴露48h和60h后,转染GC-2细胞caspase-8特异性siRNA,caspase-3/8含量显著下降;GC-2细胞自噬显著增加;Beclin-1、ATG5、BNIP-3、VPS34、LC3-II、LAMP2、VMA蛋白表达显著升高,caspase-8、p62和mTOR的蛋白表达显著降低。7.1%氧暴露48h和60h后,过表达Beclin-1的GC-2细胞自噬显著升高,细胞凋亡显著下降,线粒体去极化占极化比例显著下降;caspase-3/8、cleaved caspase-8、DR5、TRAIL、Fas、Bax和p53的蛋白表达显著下降,c-FLIP、DcR2和Bcl-2的蛋白表达显著增加。8.模拟海拔5000米低压低氧暴露小鼠30天后,Puro-Beclin 1慢病毒转染后的小鼠睾丸中自噬流显著增加,生精小管病损程度减轻,生精细胞凋亡率显著降低。研究结论:1.低氧通过DR凋亡途径和线粒体凋亡途径诱导GC-2细胞凋亡。2.在低氧诱导的GC-2细胞凋亡中,DR凋亡途径和线粒体途径可能是由HIF-1α调控的。3.低氧通过促进caspase-8的活化,抑制GC-2细胞自噬,使低氧诱导的GC-2细胞凋亡进一步增强。4.低氧下过表达Beclin-1可降低线粒体外膜通透和精母细胞凋亡,并且缓解精子生成减少。5.精母细胞中的Beclin-1和caspase-8基因在精子生成减少的形成中发挥重要作用,有望成为治疗精子生成减少的有效靶点。