饮食诱导肥胖雄性小鼠精子质量下降机制新解：下丘脑 NF-κB 信号与 Ppp2ca 基因的关键作用

为探究肥胖影响雄性精子质量的机制，研究人员以雄性小鼠为对象，发现下丘脑 NF-κB 信号及 Ppp2ca 表达与精子质量相关，为相关研究提供新视角。

　　在当今社会，肥胖已成为一个不容忽视的全球性健康难题，它就像一颗隐藏在身体里的 “定时炸弹”，悄无声息地影响着人们的身体健康。除了引发糖尿病、心血管疾病等常见问题外，肥胖对生殖健康的影响也逐渐引起人们的关注。研究发现，肥胖与男性精子质量下降存在显著关联，可导致精子数量减少、活力降低以及形态异常，同时男性体内的生殖激素水平，如促黄体生成素（LH）、睾酮（T）和卵泡刺激素（FSH）等也会出现异常。然而，肥胖究竟是如何影响男性精子质量的，这背后的分子机制一直是个未解之谜，就像一层神秘的面纱，等待着科研人员去揭开。

为了深入探究这一问题，南京农业大学和南京医科大学等机构的研究人员开展了一项具有重要意义的研究，相关成果发表在《iScience》杂志上。这项研究聚焦于饮食诱导肥胖（DIO）雄性小鼠，旨在揭示肥胖影响精子质量的潜在机制，为解决肥胖相关的生殖健康问题提供新的思路和方向 。

研究人员在本次研究中运用了多种关键技术方法。首先是构建小鼠模型，将四周龄雄性小鼠分为普通饮食（NCD）组和高脂肪饮食（HFD）组，持续喂养 16 周以建立 DIO 小鼠模型。在样本分析方面，利用激光捕获显微切割（LCM）技术精准分离下丘脑弓状核（ARC）中富含 Kiss1 神经元的区域，结合 RNA 测序（RNA-seq）技术分析基因表达情况。同时，运用免疫荧光技术观察蛋白表达定位，通过 Western blot 检测蛋白水平，还借助计算机辅助精子分析评估精子质量等。

研究结果具体如下：

• DIO 诱导雄性小鼠 LH 脉冲紊乱：通过建立 DIO 雄性小鼠模型，研究人员发现这些小鼠出现体重增加、脂肪组织增多、血糖升高等典型肥胖特征。同时，血清中 GnRH、FSH、LH 和 T 水平显著降低，E?水平和 T/E?比值升高，LH 脉冲模式发生显著改变，表现为平均 LH 振幅、峰值 LH 振幅和基础 LH 水平下降，LH 峰值频率增加。此外，DIO 雄性小鼠精子质量下降，包括精子生成减少、活力降低，睾丸中血睾屏障相关基因和睾酮合成相关基因表达下调，但生精小管形态保持完整。
• NF-κB 信号参与 LH 脉冲的破坏：研究表明，DIO 可诱导下丘脑慢性炎症，激活 NF-κB 信号通路。向雄性小鼠 ARC 注射组成性激活的 IκB 激酶 β（IKKβ）腺相关病毒（AAV）后，小鼠下丘脑 P65 磷酸化水平升高，NF-κB 信号激活，出现食物摄入增加、体重上升、LH 脉冲释放紊乱、血清 T 水平下降和精子质量受损等情况，这证实了下丘脑 NF-κB 信号激活会破坏 LH 脉冲释放并导致精子质量下降。
• RNA-seq 筛选参与 LH 脉冲破坏的基因：研究人员对 DIO 雄性小鼠 ARC 区域进行 RNA-seq 分析，通过主成分分析（PCA）、热图和火山图展示基因表达差异，共鉴定出 389 个差异表达基因（DEGs）。经过基因本体（GO）、京都基因与基因组百科全书（KEGG）和基因集富集分析（GSEA）等多种分析方法，构建了包含 42 个候选基因的信号网络，推测 Ppp2ca 基因表达上调可能通过抑制 AKT 和 CREB1 活性，导致 Fos、Fosb、Kiss1 等基因下调，进而破坏 LH 脉冲释放。
• DIO 和 ARC^IkkβCA小鼠中 Ppp2ca 表达上调：研究发现 PP2Ac 主要在神经元细胞中表达，在微胶质细胞中表达较少。免疫荧光和 Western blot 结果显示，DIO 和 ARC^IkkβCA小鼠下丘脑 ARC 细胞中 PP2Ac 表达升高，同时 AKT 和 CREB1 磷酸化水平显著降低，进一步支持了 PP2Ac、AKT 和 CREB1 参与 LH 脉冲紊乱的假设。
• Ppp2ca 过表达抑制 AKT 和 CREB1 活性：在体外实验中，研究人员以表达 Kiss1 基因的小鼠胚胎神经元细胞系 MHYPOE-N43/5（N43/5 细胞）为模型，构建了 NF-κB 信号持续激活的 Ikkβ^CA细胞系和 Ppp2ca 基因过表达的 Ppp2ca-OE 细胞系。结果表明，激活 NF-κB 信号或过表达 Ppp2ca 会导致 N43/5 细胞中 PP2Ac 蛋白表达上调，pAKT 和 pCREB1 蛋白水平降低，下游靶基因 Fos、Fosb、Fosl2、Egr1 和 Kiss1 的 mRNA 水平发生改变。此外，通过使用 AKT 抑制剂青蒿素（Artemisinin）和激活剂 SC79 处理细胞，证实了 AKT 在调节 CREB1 活性及相关基因表达中的重要作用。
• ARC 中 Ppp2ca 过表达导致 LH 脉冲紊乱：研究人员构建了 ARC 中 Ppp2ca 过表达的小鼠模型（ARC^Ppp2ca小鼠），结果发现该模型小鼠下丘脑 AKT 和 CREB1 磷酸化水平降低，外周血 LH 释放模式改变，表现为平均 LH、LH 振幅和基础 LH 水平下降，LH 脉冲峰值频率增加，外周血睾酮水平降低，精子质量下降，睾丸功能相关基因和血睾屏障相关基因 mRNA 水平下降，但睾丸形态未出现明显损伤，这与 DIO 和 ARC^IkkβCA小鼠的研究结果一致。

研究结论和讨论部分指出，本研究首次发现 DIO 会导致雄性小鼠 HPG 轴功能改变，表现为 LH 脉冲释放异常，进而影响精子质量。通过 RNA-seq 结合生物信息学分析及实验验证，揭示了 NF-κB 信号和 Ppp2ca 表达相关的信号网络在其中的关键作用，为理解肥胖影响男性生殖健康的分子机制提供了新的视角。不过，研究也存在一定局限性，主要聚焦于下丘脑 NF-κB 信号激活整体对 LH 脉冲和精子质量的影响，对下丘脑微胶质细胞的作用关注较少，未来研究可对此展开进一步探索。