六氟环氧丙烷二聚酸（GenX）对小鼠雄性生殖毒性的单细胞转录组学解析

为探究 GenX 的雄性生殖毒性及机制，研究人员用小鼠建模，发现其损伤睾丸，该研究有重要意义。

　　

六氟环氧丙烷二聚酸（GenX）的 “生殖危机”：从环境到健康的隐忧

在现代工业的蓬勃发展中，化学物质的广泛应用给人们的生活带来了诸多便利，但同时也埋下了不少健康隐患。全氟和多氟烷基物质（PFAS）自上世纪起就被大量用于工业和食品生产领域，其中常见的全氟辛酸（PFOA）因其在环境中的广泛持久性和潜在毒性，逐渐被限制使用。而六氟环氧丙烷二聚酸（GenX）作为 PFOA 的替代物，近年来却频繁在各类环境基质和食品中被检测到，引起了人们的高度关注。

以往的研究发现，GenX 对人体和动物健康存在潜在风险，它会降低甲状腺细胞活力、诱导 DNA 损伤、影响心脏和肝脏发育，还会干扰肠道屏障功能和微生物群。然而，对于 GenX 的生殖毒性，尤其是对雄性生殖系统的影响，人们知之甚少。睾丸作为雄性生殖系统的关键器官，对环境污染物极为敏感，其生理结构的完整性对精子发生至关重要。尽管已有研究表明 GenX 暴露会破坏睾丸的血睾屏障，导致雄性生殖毒性，但具体的细胞和分子机制却尚未明确。

为了填补这一知识空白，华南农业大学的研究人员开展了一项深入研究，旨在揭示 GenX 暴露对小鼠睾丸的影响及其潜在的细胞和分子调控机制。该研究成果发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》杂志上，为进一步了解 GenX 的生殖毒性提供了重要依据。

研究方法：解锁细胞奥秘的 “钥匙”

研究人员以 6 周龄的无特定病原体（SPF）雄性 BALB/c 小鼠为实验对象，将其随机分为 3 组，每组 6 只。在经过 1 周的适应期后，分别给予小鼠 0、12.5、62.5mg/kg 体重的 GenX，通过口服灌胃的方式持续给药 28 天。实验结束后，采集小鼠的睾丸组织和血清样本进行后续分析。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术。其中，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术是核心手段之一，它能够在单细胞水平上对基因表达进行全面分析，帮助研究人员深入了解睾丸细胞在 GenX 暴露后的变化。此外，研究人员还采用了 ELISA 检测法测定小鼠血清中的睾酮水平，利用高效液相色谱 - 质谱联用技术分析血清中的 GenX 浓度，并通过苏木精 - 伊红（H&E）染色、过碘酸 - 希夫（PAS）染色、Masson 三色染色和免疫荧光染色等组织学方法，对睾丸组织的结构和细胞特征进行观察123。

研究结果：GenX 引发的睾丸 “动荡”

1. GenX 诱导睾丸损伤：研究发现，随着 GenX 剂量的增加，雄性小鼠的睾丸重量和血清睾酮水平逐渐下降，而血清 GenX 浓度则显著上升。组织学分析显示，GenX 暴露导致睾丸生精细胞层紊乱、空泡化，间质组织细胞外基质沉积增加，血睾屏障受损，这些结果表明 GenX 会对睾丸造成明显损伤4。

2. 精子发生细胞动态的强烈变化：通过对生殖细胞的深入研究，研究人员发现 GenX 暴露后，精子发生过程中不同类型生殖细胞的分布虽未发生显著改变，但基因表达却出现了动态变化。例如，在精子发生的伪时间分析中，精原细胞（SPG）的差异表达基因（DEGs）在伪时间上呈急剧下降趋势，且富集于 “干细胞群体维持” 和 “干细胞分化调控” 等生物学过程；而伸长精子细胞（Elongating）的 DEGs 则在 GenX 暴露后数量最多，且富集于 “精子运动” 和 “纤毛运动” 等过程，这表明 GenX 可能对成熟精子的影响最大56。

3. GenX 破坏精原干细胞平衡：精原干细胞（SSCs）的自我更新和分化平衡对维持精子发生的稳态至关重要。研究人员将 SPG 进一步细分为未分化的 SSCs 和分化的 SSCs，发现 GenX 暴露会破坏这两者之间的平衡。未分化 SSCs 中与 “干细胞群体维持” 相关的基因表达下调，而分化 SSCs 中与 “细胞质翻译”“蛋白质折叠” 等相关的基因表达上调，这一系列变化可能导致精子发生效率降低和男性生育能力下降78。

4. 睾丸体细胞动态的全局变化：在研究 GenX 对睾丸体细胞的影响时，研究人员发现不同体细胞类型的 DEGs 大多具有特异性，但也存在一些共性。例如，多个体细胞类型中共享的上调 DEGs 富集于应激反应和炎症通路，而下调 DEGs 则富集于细胞黏附相关的生物学过程和通路，这表明 GenX 暴露可能会影响体细胞的正常功能，进而影响精子发生9。

5. GenX 增加异常巨噬细胞分化：巨噬细胞在调节炎症反应中起着重要作用。研究发现，GenX 暴露后，巨噬细胞的比例和分化发生了变化。巨噬细胞被进一步细分为三个亚群，其中 Mac.3 亚群的比例在 GenX 暴露后明显增加，且该亚群的 DEGs 富集于 “精子发生” 和 “纤毛运动” 等异常生物学过程，这表明 GenX 可能通过增加异常巨噬细胞分化，扰乱睾丸的炎症反应1011。

6. GenX 减弱成纤维细胞黏附：睾丸结构的完整性对维持精子发生至关重要。研究人员发现，GenX 暴露后，睾丸组织形态松散，成纤维细胞的黏附能力下降。成纤维细胞被细分为两个亚群，其中 Fibro.2 亚群在 GenX 暴露后比例略有增加，且其 DEGs 与异常的精子发生过程相关。此外，GenX 暴露还导致成纤维细胞中与细胞黏附相关的基因表达下调，这可能最终导致睾丸结构受损1213。

7. GenX 扰乱体细胞 - 生殖细胞相互作用：通过 CellChat 分析，研究人员发现 GenX 暴露后，睾丸中不同类型体细胞和生殖细胞之间的相互作用数量和强度均显著降低。例如，巨噬细胞的传出和传入信号增加，而成纤维细胞的信号则明显减少，同时多个体细胞和生殖细胞之间的信号相互作用丢失，这表明 GenX 会扰乱体细胞 - 生殖细胞之间的正常相互作用，进而影响精子发生1415。

研究结论与讨论：敲响 GenX 生殖毒性的警钟

综上所述，该研究通过单细胞转录组学分析，揭示了 GenX 暴露后小鼠睾丸中复杂的细胞动态和转录组变化，为理解 GenX 的雄性生殖毒性提供了重要线索。研究结果表明，GenX 对精子发生和体细胞动态均产生了不利影响，可能通过多种机制导致雄性生殖功能受损。

然而，该研究也存在一定的局限性。一方面，小鼠的暴露水平高于环境中人类和食物的暴露水平，且未考虑长期慢性暴露的影响，因此需要更多的研究来评估 GenX 在长期低剂量暴露下的生殖毒性。另一方面，研究中的单细胞分析每组仅涉及 2 个生物学重复，样本数量相对较少，未来需要进一步扩大样本量以获得更全面的结果。此外，GenX 暴露对后代的跨代影响也有待进一步研究。

尽管如此，这项研究仍然具有重要意义。它不仅为深入了解 GenX 的生殖毒性机制提供了理论依据，也为监管 GenX 及类似 PFOA 替代化合物的使用提供了科学支持。在畜牧业中，尤其是养猪业，应高度重视 GenX 对种公猪繁殖性能的潜在影响，加强对饲料和养殖环境中 GenX 污染的监测。这一研究成果为保护人类和动物的生殖健康敲响了警钟，提醒人们在使用化学替代品时，必须充分评估其潜在风险，以确保生态环境和生命健康的安全。