近年來(lái)，男性生殖功能下降以及不育癥的發(fā)病人群日益年輕化，已成為困擾全球的健康問(wèn)題之一。同時(shí)，越來(lái)越多的研究表明男性精液的質(zhì)量下降與環(huán)境中有機(jī)污染物（如傳統(tǒng)溴代阻燃劑）的含量增加存在著密切聯(lián)系。隨著傳統(tǒng)溴代阻燃劑被逐步管控，其替代品（如新溴代阻燃劑）被大量生產(chǎn)和使用。然而，這些替代品對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體健康可能帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)尚不明確。其中，十溴二苯乙烷（DBDPE）是我國(guó)生產(chǎn)量、使用量最大的新溴代阻燃劑，且已在環(huán)境、野生生物及人類樣本中被廣泛檢出。

中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所環(huán)境毒理學(xué)研究組周炳升團(tuán)隊(duì)利用體外精子快速篩選（ex vivo）、活體斑馬魚(yú)暴露（in vivo）和離體細(xì)胞驗(yàn)證（in vitro）等多種研究手段，證實(shí)了DBDPE暴露可影響精子活力，并首次發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染物可能通過(guò)誘導(dǎo)精巢能量重編程過(guò)程引起雄性生殖功能障礙。

首先，通過(guò)體外暴露斑馬魚(yú)精子并進(jìn)行人工授精，快速篩查了DBDPE對(duì)精子質(zhì)量和后代發(fā)育的潛在影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DBDPE的體外暴露會(huì)導(dǎo)致斑馬魚(yú)精子活力下降以及與正常卵子受精的能力降低（圖1）。

圖1 斑馬魚(yú)精子體外暴露及人工授精。(A)示意圖;(B) 精子總活力;(C) 使用未暴露卵子和DBDPE暴露后精子進(jìn)行人工授精的斑馬魚(yú)胚胎受精率。

緊接著，通過(guò)活體斑馬魚(yú)暴露評(píng)估了在環(huán)境相關(guān)劑量下DBDPE是否會(huì)影響精子質(zhì)量和精子發(fā)生。精子活力測(cè)試、掃描電鏡觀察和精巢組織切片等結(jié)果表明，2個(gè)月環(huán)境相關(guān)劑量的DBDPE暴露會(huì)導(dǎo)致雄性斑馬魚(yú)精子活力降低、精子形態(tài)異常和精子發(fā)生異常（圖2）。這預(yù)示著環(huán)境中DBDPE可能存在著雄性生殖干擾風(fēng)險(xiǎn)。

圖2 DBDPE對(duì)斑馬魚(yú)精子運(yùn)動(dòng)參數(shù)和超微結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響。(A)斑馬魚(yú)體內(nèi)暴露后采集精子進(jìn)行精子活力測(cè)定和超微結(jié)構(gòu)成像的示意圖；（B）精子的總活力;（C）精子向前運(yùn)動(dòng)活性;（D）精子頭長(zhǎng)；（E）精子頭寬。

為全面揭示DBDPE誘導(dǎo)雄性生殖毒性的內(nèi)在機(jī)制，該研究對(duì)斑馬魚(yú)精巢進(jìn)行了全蛋白質(zhì)組和磷酸蛋白質(zhì)組的聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)DBDPE會(huì)造成斑馬魚(yú)精巢的DNA損傷和能量代謝紊亂。進(jìn)一步利用免疫熒光、蛋白印跡和生化指標(biāo)證實(shí)DBDPE活體暴露會(huì)導(dǎo)致精巢DNA損傷、線粒體超級(jí)化、糖酵解和氧化磷酸化的代謝失衡。值得注意的是，在該研究中發(fā)現(xiàn)DBDPE導(dǎo)致的DNA損傷并不是由ROS帶來(lái)的，而乳酸脫氫酶LDH（能量代謝關(guān)鍵酶）可能是DBDPE引起生殖功能異常的潛在靶點(diǎn)（圖3）。

圖3 DBDPE活體暴露后精巢的全蛋白質(zhì)組學(xué)和磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析。（A）組學(xué)流程；（B）100 nM DBDPE組精巢的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)圖。

最后，將小鼠精原細(xì)胞GC-1暴露在DBDPE或Oxamate（LDH的抑制劑）中，發(fā)現(xiàn)離體暴露與活體暴露的關(guān)鍵指標(biāo)內(nèi)容（DNA損傷、線粒體膜電位、能量代謝水平）趨勢(shì)一致，并且Oxamate與DBDPE離體暴露結(jié)果呈正相關(guān)，這表明這兩者化合物可能存在著相似的作用機(jī)制。由此，推測(cè)DBDPE可能通過(guò)抑制LDH活性和增強(qiáng)氧化磷酸化來(lái)抑制糖酵解，從而重新編程生殖細(xì)胞中的能量代謝過(guò)程（圖4）。此外，該研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論是體內(nèi)還是體外，線粒體膜電位都可以作為雄性生殖功能障礙的敏感指標(biāo)，而從線粒體膜電位超極化發(fā)生到引起顯著的ROS變化、細(xì)胞凋亡等存在一個(gè)劑量窗口，這一窗口為污染物誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷預(yù)測(cè)和早期干預(yù)提供了可能。

圖4 小鼠精原細(xì)胞GC-1在DBDPE和Oxamate （LDH抑制劑）暴露后的能量代謝水平。GC-1細(xì)胞的(A)葡萄糖含量； (B) LDH活性； (C)線粒體膜電位MMP； (D) ROS水平； (E)Seahorse XF實(shí)時(shí)ATP率測(cè)定示意圖；細(xì)胞的 (F)基礎(chǔ)呼吸 (G)線粒體氧化磷酸化ATP（mitoATP）/糖酵解ATP (glycoATP)的比例。 (H)基于體外和體內(nèi)研究結(jié)果提出DBDPE對(duì)糖酵解和氧化磷酸化的作用。

上述研究有助于進(jìn)一步了解DBDPE的生殖毒性及其潛在機(jī)制，并提示環(huán)境中DBDPE等新溴代阻燃劑類污染物可能對(duì)水生生物及人體生殖健康造成潛在危害。相關(guān)成果發(fā)表于Environmental Health Perspectives雜志，楊麗華青年研究員、章銀丹博士為論文的共同第一作者，華江環(huán)副教授和周炳升研究員為論文的共同通訊作者，該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。文章鏈接:https://doi.org/10.1289/EHP14426