压力无处不在！研究发现：压力后2-3月，男性精子活力反而显著提升！

学术科学 2024-09-26 15:32 上海

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近年来，随着环境压力的不断增加，男性精子质量和生育能力显著下降。为了解压力对生殖健康的影响，美国宾夕法尼亚大学的Tracy L. Bale博士及其研究团队在《Nature Communications》杂志上发表了一篇题为《Stress increases sperm respiration and motility in mice and men》的论文。该研究揭示了压力对精子呼吸和活力的显著影响，并探讨了其背后的细胞和分子机制。

研究背景

过去50年中，男性精子质量和生育能力逐步下降，而长期压力被认为是一个主要因素。然而，压力如何影响精子的细胞机制和功能尚未完全了解。本文通过对人类和小鼠模型的研究，揭示了压力对精子活力和呼吸的具体影响时间点和分子机制，并提出了一种新的细胞之间传递压力信号的机制。

研究发现

人类研究：研究通过对一个重复采样的人类群组进行研究，发现压力后的2-3个月，精子活力显著增强。这不仅扩展了此前关于压力如何改变精子RNA内容的研究，也提出压力对精子功能的长期影响。

小鼠模型：在小鼠模型中，研究使用体外压力模型研究附睾上皮细胞（EECs），这些细胞负责精子的成熟。发现压力显著改变了EECs分泌的小细胞外囊泡的组成和大小，这些囊泡在与小鼠精子共孵育后，显著增加了精子的线粒体呼吸和活力。

研究意义

这些研究结果不仅揭示了压力对精子活力的时间依赖性影响，还提示了细胞间的传递信号在调控生殖功能中的重要性。理解这些机制可以帮助开发新的生育干预策略，帮助那些因压力导致生育问题的夫妇。

实验策略

体外压力模型：使用了体外培养的附睾上皮细胞（EECs），通过染色质免疫共沉淀和RNA测序等技术，分析了压力对EECs中的重要基因区域H3K27me3的影响。细胞外囊泡研究：通过超速离心法分离EECs分泌的细胞外囊泡，并与小鼠精子共孵育，分析其对精子功能的影响。全细胞呼吸测定：使用全细胞呼吸测定技术，评估精子及EECs的线粒体呼吸状态。

数据分析

图1展示了压力对男性精子活力的影响

图1a：该图展示了人类群体研究的实验设计。简图显示，从基线（Time 0）起，每月收集一次精液样本，记录压力评分（PSS），并进行精子活力测定，持续6个月。

图1b-f：这些图示了精液体积、精子浓度、精子活力（% motile sperm）、总精子数和总活跃精子数的变化，发现这些参数在实验期间没有显著变化。

图1g-j：这些图展示了压力评分（PSS）在不同时间点（Time 0、-1、-2和-3）与精子直线速度（VSL）之间的关系。在Time -3时发现，压力评分与VSL显著相关。

图2展示了压力对附睾上皮细胞（EECs） H3K27me3结合的影响

图2a：该图展示了体外EEC模型的实验设计。EEC细胞被处理72小时的皮质酮（corticosterone）后，进行多次培养基交换和收集。

图2b-g：这些图展示了通过Cleavage Under Targets and Release Using Nuclease (CUT&RUN)技术测定的H3K27me3结合位点变化。发现经皮质酮处理后的EEC细胞，H3K27me3结合位点有显著增加（7282个区域），这些区域与线粒体和代谢通路基因相关。

图3展示了压力后EEC细胞的转录网络变化

图3a：简图展示了EEC细胞在皮质酮处理之后，不同时间点的RNA采样设计。

图3b-f：这些图展示了通过RNA测序分析明确的基因表达变化，以及使用Weighted Gene Co-expression Network Analysis(WGCNA)分析的基因共表达模块。发现一个基因模块（pink module）与皮质酮处理显著相关，且主要包含与线粒体ATP合成相关的基因。

图4展示了基准线线粒体呼吸和ATP生产速率的改变

图4a：简图展示了EEC细胞在皮质酮处理后进行的线粒体呼吸测定实验设计。

图4b-e：通过Seahorse XFe96分析仪测定细胞呼吸，发现皮质酮处理后的EEC细胞基础线粒体呼吸、总ATP生产率和氧化ATP生产率显著下降。透射电子显微镜（TEM）图像进一步确认线粒体结构受压力影响。

图5展示了EEC细胞外囊泡对精子能量需求和活力的影响

图5a-j：简图展示了EEC细胞处理后的细胞外囊泡（EV）对精子呼吸和活力的影响实验设计。利用细胞外囊泡与精子共孵育，发现提高了精子的线粒体呼吸、ATP生产率和活力。

主要结论

本文通过一系列体外和体内实验，证明了环境压力通过改变附睾上皮细胞分泌的细胞外囊泡，对精子的线粒体呼吸和活力产生显著影响。这一发现揭示了压力信号在精子成熟过程中的关键作用，为生殖健康的研究提供了新的视角。

讨论总结

讨论部分强调了本文的研究发现，即压力通过附睾上皮细胞分泌的细胞外囊泡传递信号，显著影响精子活力和线粒体功能。这一过程与线粒体的氧化呼吸和ATM生产率紧密相关。研究还提到，这些结果具有广泛的健康和疾病跨代效应的潜在意义。此外，研究表明，了解压力对生殖系统的长期影响有助于开发新的治疗干预措施，帮助改善全球生育能力的下降问题。

注：本公众号仅针对学术文献进行解读，无任何指导及建议

END

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