《Reproductive Toxicology》：Ethylene oxide impairs sperm motility through dysregulation of Rab proteins
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乙烯氧化物通过影响Rab3A和Rab14蛋白水平抑制精子运动功能，揭示了其分子作用机制。
乔在焕（Jae-Hwan Jo）|乌瓦马霍罗·克劳丁（Uwamahoro Claudine）|张承益（Seung-Ik Jang）|郑恩珠（Eun-Ju Jung）|李 Woo-Jin（Woo-Jin Lee）|裴正元（Jeong-Won Bae）|金大贤（Daehyun Kim）|文俊浩（Joonho Moon）|南承元（Seung Won Nam）|郑宇真（Eu Jin Chung）|权 Woo-Sung（Woo-Sung Kwon）
韩国庆北国立大学动物科学与生物技术系，尚州37224
摘要
环氧乙烷（E.O）是一种醚类化合物，会对雄性生殖产生负面影响，尤其是通过损害精子功能。然而，E.O 导致精子功能抑制的分子机制尚未得到充分理解。因此，本研究通过评估 Ras 相关结合蛋白（Rab 蛋白）来探讨 E.O 对精子运动能力产生毒性作用的分子机制。分析了 31 个杜洛克公猪的精液样本，以确定在暴露于 100 微摩尔 E.O 后 Rab 蛋白（Rab3A、Rab5、Rab14、Rab25、Rab27A 和 Rab34）的水平与精子运动能力之间的相关性。结果表明，E.O 暴露显著降低了精子的运动能力和运动动力学。进一步的相关性分析显示，在对照组中，Rab3A、Rab5、Rab14、Rab25、Rab27A 和 Rab34 的水平与多种精子运动参数相关；而在 100 微摩尔 E.O 组中，只有 Rab3A 和 Rab14 的水平与多种精子运动和运动参数相关。这些结果表明，E.O 可能通过 Rab 蛋白的作用影响精子运动参数，从而导致精子运动能力下降。因此，这些发现为 E.O 对精子功能产生毒性作用的分子机制提供了重要证据。
引言
环氧乙烷（E.O）是一种醚类化合物，广泛用于生产各种基于乙烯的化合物并用于多种产品的杀菌。[1][2]20 世纪 30 年代，E.O 的商业化大规模生产技术得以开发，使其在化学、农业、医疗和食品工业中得到广泛应用。[2][4]E.O 的总产量有所增加，[5][6]人类在工作场所接触 E.O 的风险以及相关报告的数量也随之增加。[5][6]特别是，E.O 被发现具有遗传毒性[7][8]，并被国际癌症研究机构列为 1 类致癌物[9]。E.O 暴露会导致人类出现神经毒性、呼吸系统症状、皮肤刺激、认知功能下降和肌肉疼痛[10]。此外，关于生殖毒性的研究表明，E.O 会导致胎儿丢失、产仔数减少、睾丸组织损伤、精子运动能力下降以及精子头部形态异常[11][12]。在我们之前的研究中，E.O 降低了精子的运动能力并改变了精子在 capacitation 过程中的蛋白质表达。因此，有研究表明 E.O 会影响 capacitation 后的精子运动能力[13]。尽管 E.O 的毒性作用已为人所知，但其影响精子运动能力的确切分子机制仍不清楚。Ras 相关（Rab）蛋白属于 Ras 超家族，该家族在真核细胞的细胞生长、生物合成、分泌和内吞作用以及调节膜运输过程中起着关键作用[14]。多项研究表明，Rab 蛋白是雄性生殖功能的关键调节因子。具体而言，Rab 蛋白参与精子发生和精子顶体反应[15][16][17][18]。例如，在精子发生过程中，Rab 蛋白有助于组织哺乳动物精子的细胞骨架[15]；它们还调节人类精子顶体反应中的外泌作用，其中一些 Rab 蛋白与精子运动能力相关。Bae 等人[19]发现，包括 Rab3A、Rab5、Rab11、Rab14 和 Rab34 在内的 Rab 蛋白与 capacitated 精子的特定运动模式有关。此外，Jang 等人[20]报告称 Rab3A 蛋白在精子运动能力中起关键调节作用，这与雄性生育能力相关。此外，Rab 蛋白还被提出作为公猪精子质量和生育能力的预测指标[21][22]。尽管 Rab 蛋白在精子功能中具有重要作用，但 E.O 导致精子运动能力改变的分子机制仍不清楚。因此，本研究探讨了 E.O 及其对公猪精子中 Rab 蛋白影响的分子机制。具体而言，研究了在暴露于 0 微摩尔（对照组）和 100 微摩尔 E.O 后，六种 Rab 蛋白（Rab3A、Rab5、Rab14、Rab25、Rab27A 和 Rab34）的水平与精子运动参数之间的相关性。
伦理声明
本研究中的所有实验均遵循动物伦理处理指南，并获得了庆北国立大学动物护理和使用委员会的批准（批准编号：KNU 2021–0207）。
化学试剂
除非另有说明，本研究中使用的化学试剂均购自 Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。如前所述，E.O 溶液用二甲基亚砜（DMSO）稀释。E.O 的浓度为 0 和 100 微摩尔。
对照组与 E.O 处理组之间精子运动参数的差异
CASA 结果显示，100 微摩尔 E.O 组的精子运动参数（MOT、RPD 和 PRG）及运动动力学（HYP、VCL、VSL、VAP、LIN、BCF、MAD、WOB、DNC 和 ALH）显著降低（P < 0.05，P < 0.01，图 1）。
精子运动参数与 Rab3A 之间的相关性
在对照组中，Rab3A 的表达与 MOT（P < 0.05，r = 0.3943）、RPD（P < 0.05，r = 0.4110）、PRG（P < 0.05，r = 0.3931）和 BCF（P < 0.01，r = 0.5214）呈正相关。而在 100 微摩尔 E.O 组中，Rab3A 的表达也呈正相关。
讨论
E.O 是一种广泛使用的工业化学品，数十年来已有大量研究报道其毒性风险[5][7][10][30][31][32]。尽管其具有毒性作用，但很少有研究探讨其对雄性生殖的影响，尤其是对精子功能的影响。我们之前的研究发现 E.O 会对精子功能产生负面影响（例如，导致精子运动参数下降）[13]。在之前的研究中，关于其分子机制的信息有限。
作者贡献声明
金大贤（Daehyun Kim）：验证、数据收集与整理。
文俊浩（Joonho Moon）：验证、数据收集与整理。
李 Woo-Jin（Woo-Jin Lee）：方法学设计、研究实施、数据收集与整理。
裴正元（Jeong-Won Bae）：方法学设计、研究实施、数据收集与整理。
张承益（Seung-Ik Jang）：方法学设计、研究实施、数据收集与整理。
郑恩珠（Eun-Ju Jung）：方法学设计、研究实施、数据收集与整理。
权 Woo-Sung（Woo-Sung Kwon）：写作——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、方法学设计、研究实施、数据收集与整理。
乔在焕（Jae-Hwan Jo）：写作——
资助
本研究得到了韩国气候、能源与环境部（MCEE）资助的 Nakdonggang 国家生物资源研究所（NNIBR）的资助（资助编号：NNIBR20261107），以及韩国环境产业技术研究院（KEITI）的支持，该项目旨在通过 MCEE 的资助将多部门合作的国家级生物研究资源项目提升到一个更高级的水平（资助编号：RS-2021-KE001786）。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
