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目的:壬基酚(Nonylphenol,NP)是全球商用第二大类非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚(Nonylphenolethoxylates,NPEs)的主要降解产物,主要存在于海洋、河流、湖泊等水体环境中。体外实验证实NP具有雌激素活性,为一种环境类雌激素物质,这类物质对雄性动物生殖系统具有很大影响。目前有关该方面的研究多集中在海洋鱼类上。研究证实壬基酚改变了鱼类精巢的结构,以及生精细胞和支持细胞的形态。对于哺乳动物,NP会通过呼吸以及消化吸收过程进入动物体内,进而影响雄性哺乳动物的生殖系统。有关这方面的研究表明,NP会破坏雄性大鼠的生精稳态,引起大鼠青春发育后期生殖功能的紊乱和性腺发育异常。并且250mg/kg/d的NP极显著降低大鼠体内睾酮的水平,650和2000ppmNP引起F2代大鼠精子密度的下降。由此可见NP的确降低了雄性哺乳动物精子生成的数量和质量。但是目前有关NP对雄性哺乳动物生殖系统作用机制的研究尚未见详细的报道。因此我们选择在雄性生殖系统中处于关键地位的睾丸支持细胞为研究对象,分别从体内、体外实验入手,探讨NP对雄性哺乳动物睾丸内支持细胞的影响及其作用机制。
方法:
体外实验部分:建立体外培养支持细胞以及混合培养支持细胞和生精细胞的方法,使体外培养支持细胞的纯度大于90%。选择环境中可能存在的壬基酚浓度,分别为0,200,1000,3000,5000ppb作用于支持细胞,培养24,48,72小时后,以MTT法测定支持细胞的增殖能力,用细胞流式仪测定支持细胞的凋亡率。以3000,4000,5000ppb的壬基酚作用于混合培养的支持细胞和生精细胞,用RT-PCR的方法测定两种细胞中Fas和FasLmRNA的表达量的变化。
体内实验部分:48只20天的雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠随机分为4组,每组12只。将壬基酚溶于粟米油给动物灌胃。壬基酚组剂量分别为125,250,300mg/kg/d:阴性对照组灌以粟米油。此外,以1ng/kg/d的17β-Estradiol(E2)作为阳性对照剂量。灌胃体积为1.5mL。处理40天后,颈动脉取血处死大鼠,取其睾丸。每组取6只大鼠的单侧睾丸,分离纯化支持细胞并且计数。Trizol法提取每组睾丸组织中的RNA,以Fas、FasL、β-actin的引物进行Reversetranscriptionpolymerasechainreaction(RT-PCR)反应,半定量分析各组睾丸组织中Fas和FasL表达量的变化。另外,每组取各3个睾丸固定于3.7%的甲醛中,常规石蜡切片后,以TerminaldeoxynucleotidyltransferasedUTPnickendlabeling(TUNEL)法原位标记定位睾丸内的凋亡细胞。
结果:
体外实验中,支持细胞的增殖能力随着壬基酚作用剂量的增大和作用时间的延长而下降。NP在3000ppb浓度下作用72小时后,支持细胞增殖能力比对照组有显著下降。而在5000ppb浓度作用下时,从24小时后,支持细胞增殖能力就比对照组就有显著下降,48小时和72小时后有极为显著的下降。流式细胞仪测得支持细胞的凋亡率随着加入壬基酚浓度的增大而提高。3000,4000,5000ppb浓度的壬基酚在作用72小时后,凋亡率与对照组相比均有显著增大,并且混合培养细胞中Fas和FasL的表达量均提高。体内实验中,250,300mg/kg/d的NP以及1ng/kg/d的E2阳性对照组使大鼠睾丸内曲细精管中凋亡颗粒有显著性增多,并且支持细胞的数目显著减少。此外,125,250,300mg/kg/d的NP以及E2阳性对照组作用大鼠40天后,Fas与FasLmRNA的表达量都显著升高。
讨论:
实验表明壬基酚对雄性生殖系统的确有类似雌激素的毒性作用,并且其作用的对象之一是构成生精上皮的支持细胞。壬基酚可引起睾丸内支持细胞的凋亡,支持细胞凋亡后对生精细胞的支持能力下降,并且FasL的表达量增多,最终导致生精细胞表达Fas基因,由Fas/FasL凋亡通路引起生精细胞的大量凋亡,从而影响正常的生精过程。我们的研究揭示了NP通过引起睾丸内支持细胞的凋亡降低哺乳动物生殖细胞数量和质量,进而影响雄性生殖能力,并且提出其作用机制是诱导了Fas/FasL启动生精细胞凋亡。