Sirtuins蛋白在双酚A诱导的雄性生殖系统损伤模型小鼠睾丸组织和GC-2细胞中的表达及其意义

doi:10.13481/j.1671-587X.20230501

摘要/Abstract

摘要：

目的探讨Sirtuins（Sirt）蛋白家族在双酚A（BPA）诱导的雄性生殖系统损伤细胞和动物模型中的作用，阐明其对BPA诱导的雄性生殖系统损伤的影响。方法 40只昆明种小鼠随机分为对照组、低剂量BPA组（给予3 mg·kg^－1·d^－1 BPA）、中剂量BPA组（给予30 mg·kg^－1·d^－1 BPA）和高剂量BPA组（给予300 mg·kg^－1·d^－1 BPA），每组10只。低、中和高剂量BPA组小鼠采用玉米油（0.01 mL·g^－1）配成相应浓度BPA灌胃，对照组小鼠给予0.01 mL·g^－1玉米油。5周后，检测各组小鼠体质量、睾丸指数和附睾指数，计算机辅助精液分析（CASA）系统检测各组小鼠精子质量，HE染色观察各组小鼠睾丸组织形态表现，Western blotting法检测各组小鼠睾丸组织中Sirt1~Sirt7蛋白表达水平。小鼠GC-2细胞分为0、20、40和80 μmol·L^－1 BPA组（给予0、20、40和80 μmol·L^－1 BPA处理），EdU荧光染色法检测各组GC-2细胞增殖率，流式细胞术检测不同细胞周期各组GC-2细胞百分率和细胞凋亡率，Western blotting法检测各组GC-2细胞中Sirt1~Sirt7蛋白表达水平。结果与对照组比较，高剂量BPA组小鼠的睾丸指数降低（P<0.05）；与对照组比较，中和高剂量BPA组小鼠不动精子百分率升高（P<0.01），快速前向运动精子百分率降低（P<0.01），中速前向运动精子百分率降低（P<0.05），高剂量BPA组小鼠精子畸形率升高（P<0.01）。HE染色，各剂量BPA组小鼠曲细精管内各级生精细胞呈现数量减少且排列疏松的趋势。与对照组比较，低剂量BPA组小鼠睾丸组织中 Sirt6蛋白表达水平降低（P<0.01），中剂量BPA组小鼠睾丸组织中Sirt1、Sirt2和Sirt6蛋白表达水平降低（P<0.01），高剂量BPA组小鼠睾丸组织中Sirt1、Sirt2、Sirt3、Sirt4、Sirt5、Sirt6和Sirt7蛋白表达水平降低（P<0.05或 P<0.01）。EdU染色法，与0 μmol·L^－1 BPA组比较，20、40和80 μmol·L^－1 BPA组细胞增殖率降低（P<0.01）。流式细胞术，作用48 h后，与0 μmol·L^－1 BPA组比较，20、40和80 μmol·L^－1 BPA组GC-2细胞凋亡率升高（P<0.01）。Western blotting法，作用24 h后，与0 μmol·L^－1 BPA组比较，20 μmol·L^－1 BPA组小鼠GC-2细胞中Sirt4和 Sirt7蛋白表达水平降低（P<0.05或P<0.01），80 μmol·L^－1 BPA组小鼠GC-2细胞中Sirt4和Sirt7蛋白表达水平降低（P<0.05或 P<0.01）。作用48 h后，与0 μmol·L^－1 BPA组比较，20 μmol·L^－1 BPA组小鼠GC-2细胞中Sirt2、 Sirt3、Sirt4 和Sirt6蛋白表达水平降低（P<0.05或P<0.01），40 μmol·L^－1 BPA组小鼠GC-2细胞中Sirt1、Sirt2、Sirt3、Sirt4和Sirt6蛋白表达水平降低（P<0.05或 P<0.01），80 μmol·L^－1 BPA组小鼠GC-2细胞中Sirt1、 Sirt2、Sirt3、Sirt4、Sirt 5和Sirt6蛋白表达水平降低（P<0.05或 P<0.01）。结论 BPA诱导的雄性生殖损伤细胞和动物模型中Sirt1~Sirt7蛋白表达水平降低，加重了BPA诱导的雄性生殖系统损伤。

关键词: 双酚A, Sirtuins, 雄性生殖损伤, 细胞周期, 细胞凋亡

Abstract:

Objective To discuss the effect of Sirtuins（Sirt） protein family on the male reproductive system damage cell and animal models induced by bisphenol A （BPA）， and to clarify its effect on the male reproductive system damage induced by BPA. Methods Forty Kunming mice were randomly divided into control group， low dose of BPA group （given 3 mg·kg^－1·d^－1 BPA）， medium dose of BPA group （given 30 mg·kg^－1·d^－1 BPA）， and high dose of BPA group （given 300 mg · kg^－1·d^－1 BPA），and there were 10 mice in each group. The mice in low， medium， and high doses of BPA groups were gavaged with corn oil （0.01 mL·g^－1） mixed with corresponding concentrations of BPA， while the mice in control group were given 0.01 mL·g^－1 corn oil. After 5 weeks， the body weights， testis indexes， and epididymal indexes of the mice in various groups were detected； the sperm qualities of the mice in various groups were detected by using computer assisted semen analysis （CASA） system； the morphology of testis tissue of the mice in various groups was observed by HE staining； the expression levels of Sirt1－Sirt7 proteins in testis tissue of the mice in various groups were detected by Western blotting method. The GC-2 cells were divided into 0， 20， 40， and 80 μmol·L^－1 BPA groups （treated with 0， 20， 40，and 80 μmol·L^－1 BPA）. The proliferation rates of the GC-2 cells in various groups were detected by EdU staining； the percentages of the GC-2 cells at different cell cycles and the apoptotic rates of GC-2 cells in various groups were detected by flow cytometry；the expression levels of Sirt1－Sirt7 proteins in the GC-2 cells in various groups were detected by Western blotting method. Results Compared with control group， the testis index of the mice in high dose of BPA group was decreased （P<0.05）； compared with control group， the percentage of immobile sperm of the mice in high dose of BPA group was increased （P<0.01）， the percentage of rapid progressive sperm was decreased （P<0.01）， the percentage of medium progressive sperm was decreased （P<0.05）， and the deformity rate of the sperm was increased （P<0.01）. The HE staining results showed that the number of spermatogenic cells at all levels in the seminiferous tubules of the mice in different doses of BPA groups showed a decreasing and loosely arranged trend. Compared with control group， the expression level of Sirt6 protein in testis tissue of the mice in low dose of BPA group was decreased （P<0.01）， while the expression levels of Sirt1， Sirt2， and Sirt6 proteins in testis tissue of the mice in medium dose of BPA group mice were decreased （P<0.01），the expression levels of Sirt1， Sirt2， Sirt3， Sirt4， Sirt5， Sirt6， and Sirt7 proteins in testis tissue of the mice in high dose of BPA group were decreased （P<0.05 or P<0.01）. The EdU staining results showed that compared with 0 μ mol·L^－1 BPA group， the proliferation rates of the GC-2 cells in 20， 40， and 80 μmol·L^－1 BPA groups were decreased （P<0.01）. The flow cytometry results showed that after treated for 48 h， compared with 0 μmol·L^－1 BPA group， the apoptotic rates of the GC-2 cells in 20， 40， and 80 μmol·L^－1 BPA groups were increased （P<0.01）. The Western blotting assay results showed that after treated for 24 h， compared with 0 μmol·L^－1 BPA group， the expression levels of Sirt4 and Sirt7 proteins in GC-2 cells of the mice in 20 μmol·L^－1 BPA group were decreased （P<0.05 or P<0.01）， while the expression levels of Sirt4 and Sirt7 proteins in GC-2 cells of the mice in 80 μmol·L^－1 BPA group decreased （P<0.05 or P<0.01）. After treated for 48 h， compared with 0 μmol·L^－1 BPA group， the expression levels of Sirt2， Sirt3， Sirt4， and Sirt6 proteins in GC-2 cells of the mice in 20 μmol·L^－1 BPA group were decreased （P<0.05 or P<0.01）， while the expression levels of Sirt1， Sirt2， Sirt3， Sirt4， and Sirt6 proteins in GC-2 cells of the mice in 40 μmol·L^－1 BPA group were significantly decreased （P<0.05 or P<0.01），and the expression levels of Sirt 5 and Sirt 6 proteins were decreased （P<0.05 or P<0.01）. Conclusion The expression levels of Sirt1－Sirt7 proteins in the male reproductive injury cells and animal models induced by BPA are decreased， which exacerbates the male reproductive system damage induced by BPA.

Key words: Bisphenol A, Sirtuins, Male reproductive damage, Cell cycle, Apoptosis

中图分类号:

R-332

符璐, 叶严珏, 李江英, 汤子怡, 尹俐. Sirtuins蛋白在双酚A诱导的雄性生殖系统损伤模型小鼠睾丸组织和GC-2细胞中的表达及其意义[J]. 吉林大学学报(医学版), 2023, 49(5): 1107-1116.

Lu FU, Yanjue YE, Jiangying LI, Ziyi TANG, Li YIN. Expressions of Sirtuins protein in testis tissue and GC-2 cells in male reproductive system damage model mice induced by bisphenol A and their significances[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2023, 49(5): 1107-1116.

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参考文献 26

1	WANG H， GAO R， LIANG W Q， et al. Assessment of BPA and BPS exposure in the general population in Guangzhou， China - Estimation of daily intakes based on urinary metabolites［J］. Environ Pollut， 2022， 315： 120375.
2	MELI R， MONNOLO A， ANNUNZIATA C， et al. Oxidative stress and BPA toxicity： an antioxidant approach for male and female reproductive dysfunction［J］. Antioxidants， 2020， 9（5）： 405.
3	MA L， YU H Y， WANG X， et al. The effects of maternal exposure to BPA during pregnancy on the male reproductive system and the testicular microRNA expression profile［J］. Environ Sci Pollut Res Int， 2020， 27（14）： 17290-17302.
4	WATROBA M， SZUKIEWICZ D. Sirtuins at the service of healthy longevity［J］. Front Physiol， 2021， 12： 724506.
5	CHEN Y H， ZHOU D， FENG Y， et al. Association of sirtuins （SIRT1-7） with lung and intestinal diseases［J］. Mol Cell Biochem， 2022， 477（11）： 2539-2552.
6	BEEGUM F， P V A， GEORGE K T， et al. Sirtuins as therapeutic targets for improving delayed wound healing in diabetes［J］. J Drug Target， 2022， 30（9）： 911-926.
7	MCBURNEY M W， YANG X F， JARDINE K， et al. The mammalian SIR2alpha protein has a role in embryogenesis and gametogenesis［J］. Mol Cell Biol， 2003， 23（1）： 38-54.
8	CASTELLINI C， D'ANDREA S， CORDESCHI G， et al. Pathophysiology of mitochondrial dysfunction in human spermatozoa： focus on energetic metabolism， oxidative stress and apoptosis［J］. Antioxidants， 2021， 10（5）： 695.
9	NASIRI A， VAISI-RAYGANI A， RAHIMI Z， et al. Evaluation of the relationship among the levels of SIRT1 and SIRT3 with oxidative stress and DNA fragmentation in asthenoteratozoospermic men［J］. Int J Fertil Steril， 2021， 15（2）： 135-140.
10	LIU X X， WANG Z X， LIU F J. Chronic exposure of BPA impairs male germ cell proliferation and induces lower sperm quality in male mice［J］. Chemosphere， 2021， 262： 127880.
11	ULLAH A， PIRZADA M， JAHAN S， et al. Prenatal BPA and its analogs BPB， BPF， and BPS exposure and reproductive axis function in the male offspring of Sprague Dawley rats［J］. Hum Exp Toxicol， 2019， 38（12）： 1344-1365.
12	WANG Y J， WU Y Y， ZHANG S L. Impact of bisphenol-A on the spliceosome and meiosis of sperm in the testis of adolescent mice［J］. BMC Vet Res， 2022， 18（1）： 278.
13	WANG P， LUO C H， LI Q Y， et al. Mitochondrion-mediated apoptosis is involved in reproductive damage caused by BPA in male rats［J］. Environ Toxicol Pharmacol， 2014， 38（3）： 1025-1033.
14	MUBARAK M， OMOLAOYE T S， SMADY M NAL， et al. Bisphenol A and male infertility： role of oxidative stress［J］. Adv Exp Med Biol， 2022， 1391： 119-135.
15	YIN L， DAI Y L， CUI Z H， et al. The regulation of cellular apoptosis by the ROS-triggered PERK/EIF2α/chop pathway plays a vital role in bisphenol A-induced male reproductive toxicity［J］. Toxicol Appl Pharmacol， 2017， 314： 98-108.
16	YIN L， DAI Y L， JIANG X， et al. Role of DNA methylation in bisphenol A exposed mouse spermatocyte［J］. Environ Toxicol Pharmacol，2016， 48： 265-271.
17	LOGANATHAN C， KANNAN A R， PANNEERSELVAM A， et al. The possible role of sirtuins in male reproduction［J］. Mol Cell Biochem， 2021， 476（7）： 2857-2867.
18	LINGAPPA N， MAYROVITZ H N. Role of sirtuins in diabetes and age-related processes［J］. Cureus， 2022， 14（9）： e28774.
19	WANG M， ZHU C Q， ZENG L， et al. Melatonin regulates the cross-talk between autophagy and apoptosis by SIRT3 in testicular Leydig cells［J］. Biochem Biophys Res Commun， 2021， 555： 182-189.
20	DI EMIDIO G， FALONE S， ARTINI P G， et al. Mitochondrial sirtuins in reproduction［J］. Antioxidants， 2021， 10（7）： 1047.
21	NORTH B J， MARSHALL B L， BORRA M T， et al. The human Sir2 ortholog， SIRT2， is an NAD+ dependent tubulin deacetylase［J］. Mol Cell， 2003，11（2）： 437-444.
22	PARAB S， SHETTY O， GAONKAR R， et al. Correction to： HDAC6 deacetylates alpha tubulin in sperm and modulates sperm motility in Holtzman rat［J］. Cell Tissue Res， 2018， 371（2）： 375.
23	RAMATCHANDIRIN B， SADASIVAM M， KANNAN A R， et al. Sirtuin 4 regulates lipopolysaccharide mediated leydig cell dysfunction［J］. J Cell Biochem， 2016， 117（4）： 904-916.
24	YU J J， SADHUKHAN S， NORIEGA L G， et al. Metabolic characterization of a Sirt5 deficient mouse model［J］. Sci Rep， 2013， 3： 2806.
25	PALMER N O， FULLSTON T， MITCHELL M，et al. SIRT6 in mouse spermatogenesis is modulated by diet-induced obesity［J］. Reprod Fertil Dev， 2011， 23（7）： 929-939.
26	VAZQUEZ B N， THACKRAY J K， SIMONET N G， et al. SIRT7 promotes genome integrity and modulates non-homologous end joining DNA repair［J］. EMBO J， 2016， 35（14）： 1488-1503.

Group	Body weight (m/g)	Testis index (η/%)	Epididymal index(η/%)
Control	44.55±3.84	0.63±0.11	0.08±0.02
BPA Low dose	46.70±3.40	0.64±0.07	0.09±0.01
Medium dose	46.39±4.65	0.69±0.07	0.09±0.01
Hig dose	45.85±3.92	0.55±0.05^*	0.08±0.01

Group	Percentage of rapid progressive sperm	Percentage of medium progressive sperm	Percentage of non- progressive sperm	Percentage of immobile sperm	Deformity rate of sperm
Control	45.48±4.87	23.41±2.17	11.67±1.70	19.40±1.85	18.00±2.80
BPA Low dose	40.08±6.25	19.43±5.86	14.56±1.40	25.93±6.04	19.80±5.30
Medium dose	28.08±2.44^*	15.54±1.93^*	15.96±2.38^*	40.36±1.97^**	23.00±3.70
High dose	20.40±2.85^**	10.60±3.47^*	13.68±1.34	52.28±6.75^**	57.00±17.00^**

[1]	李扬,李诗扬,张红梅,刘倩倩,陈玉丙. NGFR基因表达差异对PD-1抑制剂活化的T淋巴细胞促进鳞癌细胞和腺癌细胞凋亡的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(3): 680-693.
[2]	任俏同,吴维华,王星翔,王世超,程一鹏,历春. 沉默白细胞介素17 受体B基因对肺腺癌A549细胞增殖、侵袭和凋亡的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(3): 738-745.
[3]	苏秋平,邢磊,张薇,姜珊,赵洋洋,陈芳芳. 小檗碱抗肿瘤机制及其新型纳米递送系统在肿瘤治疗中应用的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(3): 863-871.
[4]	邓玲,李首庆,钮春雪,林秀英,米旭光,付建华. 双酚AF对人子宫内膜基质细胞衰老的影响及雷帕霉素的抑制作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(2): 340-347.
[5]	禹洁,王宗康,刘寻,阳亚男,谭劲. miR-153-3p/PGC-1α轴通过调控线粒体凋亡途径对口腔鳞状细胞癌细胞凋亡的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(2): 348-358.
[6]	李亚萍,谭春艳,赵璐洁,赵嘉怡,李婷,杨晓,杨晓云. 溶血磷脂酸联合6-羟基多巴胺对SH-SY5Y细胞凋亡的诱导作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(1): 152-161.
[7]	梁怀敏,金家成,陈文华,李俞瑶,王航宇,张珂,王金辉. 基于药桑叶抗急性肾损伤潜在活性成分及作用机制的UPLC-Q-TOF/MS和网络药理学分析及其实验验证[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(1): 56-69.
[8]	孙杉杉,陆梅,高新富,吕光耀,赵宝磊,吕文文. 缓激肽B1受体拮抗剂ELN441958通过调节Akt/FoxO3a信号通路对肝癌HepG2细胞增殖的抑制作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(1): 70-80.
[9]	姚晓含,姚明辰,王志清,李赫阳,闫燕,雷宁静. 沉默GPR139基因对乳腺癌细胞增殖、凋亡和自噬的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2026, 52(1): 1-9.
[10]	戴大有,张志刚,李慧. CHRNA5在胰腺癌发生发展过程中的作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(6): 1518-1531.
[11]	薛晗,范宇鑫,张婷,李智敏,霍明歌,关新刚. 纳米药物PTX₂ NPs的制备及其对人肺癌A549细胞的杀伤作用[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(5): 1260-1266.
[12]	李佳芮,杨振林,高帆,郭晶晶,李今子. miR-34a-5p对颞叶癫痫大鼠海马神经元凋亡的影响及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(4): 939-947.
[13]	孙攀喜,秦雪,张重阳,罗佳,陈勇,魏丽丽. TUG-891对缺血缺氧诱导的缺血性脑卒中的保护作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(4): 968-975.
[14]	陈程,李警耀,胡万祥,刘东慧,陈志宏. 丝胶通过Akt1调控PI3K/Akt/NF-κB信号通路对链脲佐菌素引起INS-1细胞损伤的保护作用及其机制[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(3): 590-598.
[15]	刘东慧,次云哲,王春艳,麻雯熠. miR-199a-5p对胶质瘤U251细胞小窝蛋白1表达及细胞迁移和凋亡的影响[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(3): 663-671.