《Environmental Pollution》：Paternal BPA and BPS exposure induce testicular dysfunction in pubertal male offspring: roles of OCTN2 carnitine transporter disruption and exacerbated oxidative stress/apoptosis
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本研究发现，父代接触环境相关剂量的BPA或BPS会通过干扰睾丸 carnitine 运输系统（如抑制 OCTN2 表达），导致子代青春期睾丸能量代谢紊乱（β-氧化及呼吸链蛋白下调）、氧化应激增强（MDA积累及抗氧化酶活性下降）和凋亡通路激活（Caspase-3/9切割及 BAX/BCL2 比例失衡），从而显著损害子代雄性生殖系统发育及生精功能。
张山高|李建宁|希拉·奥科思|何万秋|岳振峰|罗燕|史希志|莎拉·德·塞格|范文涛|刘建柱|宋素泉
中国南京农业大学兽医学院动物健康与食品安全联合国际研究实验室，南京210095
摘要
尽管许多研究已经报道了双酚A（BPA）及其替代品双酚S（BPS）对雄性生殖系统的毒性，但父体接触这些化学物质对后代雄性生殖系统的影响及其潜在的分子机制仍缺乏充分探讨。在本研究中，我们调查了父体接触环境相关剂量的BPA（0.45 μg/kg体重/天）或BPS（0.15 μg/kg体重/天）对青春期后代的雄性生殖系统的影响。研究结果表明，父体接触BPA或BPS会降低后代的睾酮水平，并损害睾丸的组织形态和发育。同时，BPA和BPS会降低睾丸标志酶（LDH和SDH）的活性，下调与精子发生相关的基因（Plzf、Pcna和Sycp3）的表达，并伴随精子质量下降和畸形率增加。值得注意的是，父体接触BPA/BPS会抑制关键肉碱转运蛋白OCTN2的表达，破坏后代的睾丸肉碱转运平衡。睾丸肉碱的减少导致参与线粒体β-氧化（CPT1和CPT2）和呼吸链（ND1、ND2、ND3、CYTB、COX1和ATP6）的标记基因表达下降，从而严重损害能量代谢。进一步的研究发现，父体接触BPA/BPS还会抑制后代睾丸中抗氧化酶（CAT、SOD和GSH-Px）的活性，导致MDA的积累。氧化应激的增加促进了后代睾丸中的内在凋亡信号通路，表现为促凋亡标志物的上调，包括Cleaved-CASPASE-3/9水平的升高和BAX/BCL2比值的增加。总之，本研究表明，父体接触BPA/BPS导致的睾丸肉碱转运系统紊乱和肉碱平衡失调会损害后代的睾丸能量代谢，并引发氧化应激和内在凋亡通路，共同导致青春期后代的睾丸发育和精子发生受损。
引言
环境内分泌干扰物（EDCs）是导致男性生殖障碍的重要环境风险因素（Li等人，2024年）。双酚A（BPA）是一种典型的EDCs，广泛用于生产聚碳酸酯和环氧树脂（Ghosh等人，2025年）。由于其广泛使用，BPA在环境介质（水、土壤、灰尘）和人体样本（血液和尿液）中的检测水平显著上升（Liang等人，2023年）。近年来，BPA的替代品BPS在工业和商业生产中的使用日益增加。BPS是仅次于BPA的第二大常见双酚，在各种环境和人体样本中的检测频率和浓度与BPA相当甚至更高（Wang等人，2022年）。研究表明，印度水体中的BPS浓度（6,840 ng/L）明显高于BPA（512 ng/L）（Haorah等人，2013年）。沙特阿拉伯普通人群尿液样本中的BPS浓度为13.3 ng/mL，超过了BPA的5.71 ng/mL（Asimakopoulos等人，2016年）。更令人担忧的是，越来越多的流行病学研究表明，BPS的毒性可能与BPA相似甚至更强烈（Morales等人，2020年）。
更糟糕的是，毒理学研究显示，接触BPA或BPS会导致精子数量减少、精子活力下降以及线粒体膜电位降低（Jeseta等人，2024年）。此外，随着双酚暴露风险的增加，性激素紊乱、生殖细胞凋亡和睾丸氧化应激的发生率显著上升（Nguyen等人，2022年）。越来越多的证据表明，无论是产前（子宫内）还是产后时期接触BPA或其类似物BPS，都可能对后代多代人的精子发生、生育能力和生殖结果产生不利影响（Rahman等人，2020年）。虽然大多数跨代毒性研究都集中在母体暴露途径上，但父体暴露对雄性后代生殖健康的潜在影响逐渐受到重视，但相关研究仍较少（Soubry等人，2014年）。现有的关于双酚跨代效应的研究主要记录了雄性后代的表型终点，如睾丸发育异常、精子数量减少和生育能力下降（Karmakar等人，2020年）。值得注意的是，精子发生高度依赖能量，依赖于高效的线粒体ATP生产和底物代谢（Zhang等人，2022年）。睾丸能量平衡的紊乱可能是生殖功能障碍的机制联系，因为它会直接影响类固醇生成、精子发生进程和精子活力。研究表明，父体接触EDCs会破坏睾丸中的线粒体功能和关键代谢酶，从而降低精子质量和生育能力（Xue等人，2025年）。然而，尤其是父体暴露与后代功能缺陷之间的分子机制尚未得到充分阐明。
在雄性小鼠中，青春期（大约4到6周）是一个关键的发育窗口期，此时精子发生开始。在此阶段，睾丸从静止状态迅速转变为高度活跃状态，能量需求急剧增加（Guo等人，2020年）。这种代谢变化与塞尔托利细胞的功能成熟同时发生（Gupta等人，2021年）。肉碱对于将长链脂肪酸转运到线粒体以供能量代谢至关重要，这一过程由肉碱转运系统严格调控（Li等人，2025年）。肉碱转运系统通过促进线粒体脂肪酸氧化来增加ATP的产生，从而满足精子发生的能量需求（Mazza等人，2024年）。高亲和力转运蛋白OCTN2（Slc22a5）是该系统的关键调节因子，介导特定的细胞肉碱摄取和管腔分泌（Pochini等人，2024年）。值得注意的是，OCTN2缺乏与梗阻性无精症和男性不育有关，突显了其在精子发生中的不可或缺的作用（Li等人，2024年）。然而，肉碱转运系统，特别是OCTN2，在青春期睾丸能量代谢中的作用尚不清楚，尤其是在跨代生殖毒性的背景下。
研究表明，接触EDCs通常与氧化应激和凋亡增加有关（Rahman等人，2022年）。先前的研究表明，过度的氧化应激会通过激活内在凋亡通路和破坏关键细胞结构来损害精子发生、精子获能和顶体反应（Wang等人，2023年）。核因子红系2相关因子2（NRF2）是细胞抗氧化防御的中心调节因子，在维持睾丸氧化还原平衡中起关键作用（Zhao等人，2025年）。有报道称，NRF2激动剂可以通过激活抗氧化反应通路保护TM3细胞免受BPA的损害（Zhou等人，2023年）。研究表明，高剂量BPA暴露会导致后代精子损伤和氧化应激（Al-Griw等人，2021年），而环境相关剂量下的日常暴露影响尚未得到充分研究，在当前的风险评估中经常被低估。
因此，本研究旨在探讨父体在典型人类饮食摄入水平下接触BPA和BPS对青春期后代雄性生殖系统的毒性，并确定这种毒性是否涉及睾丸OCTN2肉碱转运系统的破坏以及NRF2介导的抗氧化反应，从而干扰后代的睾丸能量代谢和氧化应激及凋亡的平衡。
化学物质和试剂
BPA（CAS：80-05-7）和BPS（CAS：80-09-1）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。Hematoxylin & eosin（H&E）染色试剂盒购自Solarbio Life Sciences（中国北京）。促性腺激素释放激素（GnRH）、黄体生成激素（LH）、卵泡刺激激素（FSH）和睾酮（T）的ELISA试剂盒购自Enzyme-linked Biotechnology Co., Ltd.（中国上海）。肉碱ELISA试剂盒购自Keaibo Biotechnology Co., Ltd（中国上海）。
父体接触BPA/BPS会损害青春期F1后代的睾丸组织形态和发育
为了评估父体接触BPA及其替代品BPS对睾丸功能的跨代影响，我们建立了父体接触BPA/BPS的模型，并评估了青春期F1雄性后代的发育参数。结果表明，父体接触BPA或BPS对窝仔数、出生雄性小鼠的比例、出生体重、体长、AGD或每周体重没有明显影响（图S2和图1A）。值得注意的是，尽管父体接触BPA和BPS没有
讨论
男性不育是一个重大的全球公共卫生问题，占生殖年龄人群中不孕病例的约50%（Kropp等人，2017年）。证据表明，接触BPA及其结构类似物BPS不仅会导致直接的生殖毒性，还会引起跨代生殖障碍。以往的研究主要集中在母体暴露模型上，发现后代出现生殖细胞异常
结论
总之，父体接触环境相关剂量的BPA或BPS会通过破坏睾丸肉碱平衡、损害线粒体能量代谢以及诱导氧化应激和凋亡，导致跨代雄性生殖功能障碍。数据支持这样的模型：BPA/BPS暴露会抑制关键肉碱转运蛋白OCTN2的表达，导致肉碱摄取和睾丸内肉碱缺乏。
CRediT作者贡献声明
范文涛：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源提供。莎拉·德·塞格：监督、资源提供。刘建柱：监督、资源提供、概念构思。岳振峰：验证、数据管理。何万秋：验证、调查、数据管理。史希志：监督、资源提供。罗燕：验证、正式分析。张山高：撰写 – 初稿撰写、验证、方法学设计、调查、正式分析。宋素泉：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源提供、项目协调
未引用的参考文献
EFSA食品接触材料小组等，2015年；EFSA食品接触材料小组等，2023年；Zhang等人，2022年。
资助
本研究得到了江苏省科技计划 - “一带一路”创新合作项目（SBZ2024080008）、深圳市科技重大项目（可持续性专项）（KCXFZ20240903092405007）和宁波市科技计划 - 国际科技合作项目（2024H003的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究的图形摘要和实验设计示意图使用Figdraw制作。
