【摘 要】
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活性氧(Reactive oxygen species,ROS)与男性生殖疾病的发生密切相关。在男性不育症如隐睾症、畸形精子症等疾病中常伴随高水平的ROS。高水平的ROS能诱导细胞氧化应激,同时能激活细胞自噬。在睾丸组织中,为生殖细胞提供保障的支持细胞对ROS水平的变化更加敏感。支持细胞通过糖代谢为生殖细胞提供乳酸作为能量代谢底物,其功能的正常发挥直接影响着精子的发生过程。尽管多种因素影响不同信号
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活性氧(Reactive oxygen species,ROS)与男性生殖疾病的发生密切相关。在男性不育症如隐睾症、畸形精子症等疾病中常伴随高水平的ROS。高水平的ROS能诱导细胞氧化应激,同时能激活细胞自噬。在睾丸组织中,为生殖细胞提供保障的支持细胞对ROS水平的变化更加敏感。支持细胞通过糖代谢为生殖细胞提供乳酸作为能量代谢底物,其功能的正常发挥直接影响着精子的发生过程。尽管多种因素影响不同信号通路参与乳酸的合成与分泌,但是ROS调节的信号通路是否影响乳酸的合成与分泌还没有涉及。因此研究ROS对支持细胞功能的影响具有重要意义。本论文以小鼠支持细胞系TM4细胞为模型,探讨ROS诱导的氧化应激对支持细胞自噬及糖代谢的影响,以及自噬与糖代谢之间的联系,并筛选在该过程中可能发挥关键作用的自噬基因。主要包括以下三个方面:1、ROS对TM4细胞自噬的影响通过MTT和Hoechst染色法确定H2O2处理TM4细胞的浓度为4060μmoL/L,处理时间为8 h。随后的细胞内氧化应激生化指标检测结果显示,与对照组比,细胞内ROS水平和MDA含量明显增加,SOD活性和GSH含量显著降低;Western Blot(WB)实验结果显示,氧化应激相关蛋白Nrf2明显上调,Keap1明显降低。以上结果表明,TM4细胞氧化应激模型构建成功。比较15个自噬相关基因在隐睾症GEO数据库及ROS诱导的TM4细胞中的表达特点,发现有8个基因表达趋势一致。然后通过观察转染GFP-LC3的TM4细胞中荧光点的分布,及WB检测自噬标志分子LC3等的变化,证实ROS诱导TM4细胞氧化应激过程中,自噬被激活。2、ROS对TM4细胞糖代谢的影响通过生化分析和WB实验发现,ROS诱导的TM4细胞氧化应激过程中代谢指标(如ATP、LDHA活性等)及糖代谢关键分子(如HK1、PGK1等)均发生明显变化,证实ROS能促进TM4细胞糖代谢,以及乳酸的产生。3、抑制ROS诱导的自噬对TM4细胞糖代谢的影响通过WB实验检测3-MA处理TM4细胞后自噬标志蛋白的变化,确定3-MA对自噬的抑制作用。然后采用3-MA抑制自噬,与H2O2处理组比,H2O2+3-MA组中细胞ATP水平进一步增加,而葡萄糖摄取量和乳酸产量的水平则降低;WB结果显示,添加3-MA后糖酵解关键分子HK1、PGK1、LDHA的表达明显下调,糖酵解抑制因子TIGAR的蛋白水平有所回升。随后采用qRT-PCR技术检测15个自噬相关基因的变化,通过与对照组比较,发现ATG4B、ATG4D和ATG10在自噬激活时表达上调,加入自噬抑制剂后表达下调。进一步结合ATG4B、ATG4D、ATG10在隐睾症GEO数据库中的表达特征,我们认为它们可能在该生物学过程中发挥主要作用。综上,ROS诱导的支持细胞自噬能够促进支持细胞糖酵解过程,从而摄取更多的葡萄糖来合成乳酸,并促进支持细胞乳酸分泌。在此过程中,自噬基因ATG4B、ATG4D、ATG10可能发挥着关键作用,以此满足氧化应激期间生殖细胞的物质能量需求。
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