肝脏来源外泌体miR-122-5p通过诱导Leydig细胞铁死亡介导肥胖相关男性不育的新机制

《Communications Biology》：Obesity impairs spermatogenesis via Leydig cell ferroptosis induced by liver-derived exosomal miR-122-5p

为解决肥胖导致男性不育的机制不明问题，研究人员开展了关于高脂饮食（HFD）如何通过外泌体（exosomes）影响睾酮合成的研究。结果发现，HFD小鼠肝脏来源的外泌体中miR-122-5p水平升高，通过靶向抑制Leydig细胞中硬脂酰辅酶A去饱和酶2（Scd2）的表达，诱导铁死亡（ferroptosis），最终导致睾酮合成减少和精子发生受损。该研究揭示了“肝脏-睾丸”轴在肥胖相关生殖障碍中的关键作用，为男性不育的诊疗提供了新靶点。

　　

在全球肥胖流行率持续攀升的背景下，肥胖相关的男性不育问题日益凸显，其核心病理特征之一是血清睾酮水平的降低。然而，肥胖如何具体干扰睾丸功能、导致精子发生障碍，其深层分子机制尚未被完全阐明。细胞间通讯的重要载体——外泌体，可能在这一过程中扮演关键角色，但外泌体 cargo 的变化与高脂饮食诱导的睾酮减少之间有何关联，仍是悬而未决的科学问题。近期，吉林大学周旭和李金辰团队在《Communications Biology》上发表的研究，为解答这一难题提供了重要线索。

该研究旨在探究高脂饮食喂养的小鼠中，外泌体影响睾酮合成和精子发生的具体机制。研究人员综合运用了高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型、外泌体分离与鉴定技术（包括差速离心、透射电子显微镜、纳米流式分析和蛋白质印迹法）、血清外泌体体内回输实验、外泌体分泌抑制剂（GW4869）和铁死亡抑制剂（Ferrostatin-1, Fer-1）的干预实验、单细胞RNA测序（scRNA-seq）和单细胞ATAC测序（scATAC-seq）联合分析、microRNA（miRNA）测序、肝源外泌体分离与示踪、细胞培养（原代Leydig细胞和TM3细胞系）与转染（模拟物miR-122-5p mimics、拮抗剂antagomir、小干扰si-SCD2、过表达质粒OE-SCD2）、双荧光素酶报告基因检测、酶联免疫吸附试验（ELISA）检测睾酮水平、细胞活力（CCK-8法）与线粒体膜电位（JC-1法）检测、活性氧（ROS）、丙二醛（MDA）和亚铁离子（Fe²⁺）水平测定、组织学（HE染色）与免疫组织化学（IHC）分析、透射电子显微镜（TEM）观察线粒体超微结构、以及腺相关病毒（AAV）介导的肝脏特异性过表达miR-122-5p（AAV-TBG-122）和Leydig细胞特异性敲低或过表达Scd2（AAV-INSL3-shScd2, AAV-INSL3-Scd2）等体内外实验技术。

HFD循环外泌体损害睾酮合成和精子发生

研究成功构建了HFD诱导的肥胖小鼠模型，证实HFD导致精子数量、生精小管直径和数量以及血清睾酮水平显著降低。单细胞测序分析显示，HFD小鼠睾丸中Leydig细胞、精原细胞（SPG）和圆形精子（RS）数量减少，且Leydig细胞是受HFD影响最主要的细胞类型。将HFD小鼠血清来源的外泌体（HFD-EXO）回输至正常饮食（ND）小鼠，可模拟HFD的表型，引起葡萄糖不耐受、胰岛素抵抗，并同样损害睾酮合成和精子发生。使用GW4869抑制外泌体分泌，则可缓解HFD引起的生殖功能损害。

HFD循环外泌体中改变的miRNA表达靶向Leydig细胞

对ND-EXO和HFD-EXO的miRNA测序发现，HFD-EXO中有26个miRNA上调，132个下调，其中miR-122-5p上调最为显著。基因本体（GO）分析提示这些差异miRNA的靶基因富集于脂代谢、离子转运等过程。HFD和HFD-EXO处理均导致小鼠睾丸中MDA和Fe²⁺水平升高，提示铁死亡发生。

HFD和HFD循环外泌体促进Leydig细胞铁死亡

在HFD小鼠中使用铁死亡抑制剂Fer-1，可改善睾酮水平、精子发生参数，并减轻睾丸组织的铁死亡标志物升高和线粒体损伤。在体外，HFD-EXO处理Leydig细胞可诱导细胞活力下降、Fe²⁺、MDA、ROS水平升高、线粒体膜电位降低和睾酮合成减少，而Fer-1能逆转这些效应。

HFD循环外泌体中升高的miR-122-5p促进Leydig细胞铁死亡

过表达miR-122-5p可诱导Leydig细胞发生铁死亡并抑制睾酮合成。用miR-122-5p拮抗剂处理HFD-EXO后，再作用于Leydig细胞或回输小鼠，则可减轻HFD-EXO引发的铁死亡和生精障碍，但不改善全身代谢异常。

HFD循环外泌体中的miR-122-5p主要来源于肝脏

组织表达谱分析显示，HFD小鼠肝脏中miR-122-5p表达增加最明显，且肝源外泌体（HFD-LExo）中miR-122-5p水平也显著高于ND组。利用CD63-mCherry标记的慢病毒证实肝源外泌体可经循环到达睾丸。给ND小鼠注射HFD-LExo或通过AAV在肝脏特异性过表达miR-122-5p，均能诱导睾丸Leydig细胞铁死亡、睾酮合成减少和精子发生受损。

miR-122-5p通过靶向Scd2诱导Leydig细胞铁死亡

双荧光素酶报告基因实验证实miR-122-5p可直接靶向并抑制Scd2（Stearoyl-CoA desaturase 2）的表达。在Leydig细胞中敲低Scd2可模拟miR-122-5p过表达诱导的铁死亡表型；而过表达Scd2则能挽救miR-122-5p过表达引起的铁死亡和睾酮合成抑制。

Scd2下调促进HFD小鼠Leydig细胞铁死亡

在Leydig细胞中特异性敲低Scd2（AAV-INSL3-shScd2）的小鼠表现出睾酮水平降低、精子发生受损和睾丸铁死亡标志物升高。而在HFD小鼠的Leydig细胞中特异性过表达Scd2（HFD+AAV Scd2），则可部分逆转HFD诱导的生精障碍和铁死亡。

结论与讨论

本研究揭示了一条全新的“肝脏-睾丸”轴调控通路：高脂饮食通过增加肝脏来源外泌体中的miR-122-5p，该miRNA通过循环系统到达睾丸，靶向Leydig细胞中的Scd2基因并抑制其表达。Scd2是饱和脂肪酸（SFAs）向单不饱和脂肪酸（MUFAs）转化的关键酶，其下调可能通过改变脂质代谢、增加多不饱和脂肪酸（PUFAs）的过氧化敏感性，从而诱发铁死亡。Leydig细胞的铁死亡最终导致睾酮合成障碍和精子发生异常。这项研究不仅阐明了外泌体在肥胖相关男性不育中的关键作用，还首次将肝脏代谢异常与睾丸Leydig细胞铁死亡联系起来，为理解代谢性疾病与生殖健康的关系提供了新视角，并提示miR-122-5p和Scd2可能作为诊断生物标志物和潜在治疗靶点。未来的研究需要进一步验证其在人类样本中的相关性，并探索饮食干预等能否调节循环外泌体中miR-122-5p的水平。