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为探究电离辐射（IR）诱导精子发生障碍的机制并开发有效防护剂，研究人员以 Balb/c 小鼠为模型开展研究。结果发现 IR 破坏 Rela-Bclaf1 - 剪接体调控轴，影响初级精母细胞分化。NF-κB 激动剂可改善损伤，该研究为辐射防护提供新策略。
在现代生活中，电离辐射（Ionizing radiation，IR）无处不在，它既被广泛应用于医疗、工业和农业等领域，却也像一把双刃剑，给人类健康带来诸多威胁，尤其是对男性生殖系统的影响，引发了科学界的高度关注。目前，FDA 批准的有效辐射防护剂极为有限，像早期获批的氨磷汀（Amifostine），因毒性和特殊给药要求，在实际应用中受到很大限制。因此，寻找能减轻 IR 影响的药物靶点、开发高效的辐射防护药物，成为亟待解决的难题。
为了攻克这些难题，来自南京大学医学院附属金陵医院等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Cell Communication and Signaling》杂志上。该研究旨在深入剖析 IR 诱导精子发生障碍的具体机制，同时探寻潜在的药物靶点，为辐射防护提供新的策略。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是批量 RNA 测序（Bulk RNA-seq）和单细胞 RNA 测序（Single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）技术，对 Balb/c 小鼠睾丸模型进行检测，以此评估细胞和转录水平的变化；通过组织学检查、精子浓度和活力分析、蛋白质免疫印迹（Western blotting，WB）以及逆转录定量聚合酶链反应（Reverse transcription quantitative PCR，RT-qPCR）等实验手段，来评估睾丸损伤情况；还在 IR 诱导的精子发生障碍模型中，探究 NF-κB 激动剂的治疗潜力。
研究结果如下：
- IR 诱导精子发生障碍与剪接体途径抑制相关：研究人员用不同剂量的 γ- 辐射处理小鼠，发现 6Gy 的 IR 剂量会导致小鼠精子发生障碍，使睾丸大小、睾丸指数、附睾精子浓度和精子前向运动率显著降低，睾丸生精细胞减少、出现严重空泡化。Bulk RNA-seq 分析显示，IR 处理后小鼠睾丸中剪接体途径相关基因表达明显下调，RT-qPCR 也证实了这一结果，表明 6Gy IR 诱导的精子发生障碍与剪接体途径抑制密切相关。
- IR 影响精原细胞和初级精母细胞的细胞丰度：通过 scRNA-seq 分析，研究人员发现 IR 主要影响精原细胞和初级精母细胞的丰度，这两类细胞在 IR 处理后比例显著下降，且其标记基因表达水平也明显降低。
- IR 改变初级精母细胞的分化能力但不影响精原细胞：利用相关算法计算细胞丰度变化和对 IR 的反应程度，发现初级精母细胞对 IR 的反应程度较高，且其分化过程存在明显缺陷，而精原细胞的分化能力未受明显影响。进一步研究发现，IR 处理后初级精母细胞中分化相关基因的表达水平显著降低，这表明 IR 主要损害初级精母细胞的分化能力，进而诱导精子发生障碍。
- IR 诱导的剪接体途径抑制导致初级精母细胞中分化相关基因的剪接紊乱：对不同细胞类型进行差异表达和基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA），发现 IR 主要抑制初级精母细胞中的剪接体途径，导致其相关基因表达下调。对初级精母细胞中分化相关基因的剪接情况进行分析，发现 IR 处理后这些基因的总表达水平下降，主要是由于剪接形式的表达减少，同时未剪接形式的表达增加，而其他细胞类型未出现这种现象，说明 IR 诱导的剪接体途径抑制主要发生在初级精母细胞中，并导致分化相关基因的剪接紊乱，从而引发精子发生障碍。
- Rela 介导的 Bclaf1 调节初级精母细胞中剪接体相关基因的表达：运用 SCENIC 算法构建基因调控网络，筛选出 Bclaf1 和 Kdm5b 是初级精母细胞中潜在的剪接体相关基因的主调节因子。由于 Kdm5b 缺乏转录调控特异性，研究人员重点关注 Bclaf1 的功能。研究发现，Bclaf1 与剪接体相关基因呈强正相关，且 NF-κB/Rela 是 Bclaf1 的上游调节因子。IR 处理后，Bclaf1 和 Rela 的活性在初级精母细胞中受到抑制，这与剪接体相关基因的抑制情况一致，表明 Rela 介导的 Bclaf1 抑制了初级精母细胞中剪接体相关基因的表达，导致精子发生障碍，因此 Rela 可能是改善 IR 诱导的精子发生障碍的潜在治疗靶点。
- NF-κB 激动剂可挽救 IR 诱导的精子发生障碍：研究人员使用 NF-κB 激活剂 2、CU-T12-9 和氨磷汀进行药物挽救实验，结果显示这三种药物均能改善 IR 诱导的睾丸损伤，提高精子浓度和活力，增加生精细胞数量，减少空泡化。同时，这些药物还能挽救初级精母细胞标记物 Sycp3、Bclaf1 和 P-Rela 的蛋白水平，以及剪接体相关基因的表达水平，部分纠正分化相关基因的剪接紊乱，说明 NF-κB 激动剂可通过 Rela-Bclaf1 - 剪接体调控轴改善 IR 诱导的精子发生障碍。
在研究结论和讨论部分，研究人员提出了 IR 诱导精子发生障碍的创新机制。IR 导致精原细胞和初级精母细胞的细胞丰度显著下降，尤其是严重损害了初级精母细胞的分化潜力。IR 使 Rela 活性降低，进而抑制 Bclaf1 表达，破坏剪接体相关基因的转录，抑制剪接体途径，最终导致初级精母细胞中与分化相关基因的异常剪接，引发精子发生障碍。而 NF-κB 激动剂能有效对抗 IR 对初级精母细胞中 Rela-Bclaf1 - 剪接体调控轴的损伤，部分弥补 IR 诱导的精子发生缺陷，这表明调节该轴可能是减轻 IR 对男性生育能力负面影响的可行治疗策略。
不过，该研究也存在一定局限性，如缺乏在睾丸初级精母细胞中进行功能缺失实验的方法，且目前尚不清楚人类睾丸组织暴露于辐射时是否存在类似机制。未来，研究人员计划进一步评估 NF-κB 激动剂药物的最佳剂量、药代动力学、安全性和潜在毒副作用，为其临床转化提供更充分的依据。总体而言，这项研究为深入了解 IR 诱导的损伤和其他因素导致的精子发生障碍提供了新的视角，也为开发癌症放疗中的辐射防护剂提供了潜在的治疗策略，具有重要的科学意义和临床应用价值。
