《Food Bioscience》：Uncovering bacterial–fungal relationships in
Meju fermentation through relative and absolute abundance-based metagenomic analysis
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朱氧草菌素（DON）通过mtDNA泄漏激活cGAS-STING通路引发小鼠睾丸炎症和精子生成障碍，抑制该通路可缓解损伤，机制涉及NF-κB和炎症因子IL-6/TNF-α上调。
霍海华|钟高龙|李培轩|陈飞阳|邓云鹏|关路|陈家斌|王艳|王旭|陈青梅|文继凯|邓一群|穆培强
华南农业大学畜禽育种产业国家重点实验室，中国广东省广州市510642
摘要
脱氧雪腐镰刀菌（DON）是一种由Fusarium Fungi产生的有毒霉菌毒素，对人类和动物的健康构成重大风险。尽管已经报道了其对雄性生殖系统的毒性，但其背后的分子机制和潜在的治疗策略仍不十分清楚。在本研究中，我们探讨了DON对小鼠睾丸损伤的影响以及相关的分子途径。DON暴露显著降低了睾丸中的精子数量，损害了精子发生过程，并导致生精小管的结构损伤。此外，DON还引发了睾丸组织和TM4小鼠Sertoli细胞的明显炎症反应。从机制上看，DON导致线粒体损伤，使线粒体DNA（mtDNA）泄漏到细胞质中。细胞质中的mtDNA随后激活了环GMP-AMP（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）信号通路，通过NF-κB的激活促进了TANK结合激酶1（TBK1）和干扰素调节因子3（IRF3）的磷酸化，并增强了包括IL-6和TNF-α在内的促炎细胞因子的表达。值得注意的是，使用溴化乙锭（EtBr）耗尽mtDNA或通过H151药物抑制STING可以减轻DON引起的炎症，而mtDNA转染则进一步增强了cGAS-STING的激活。总体而言，这些发现表明mtDNA泄漏介导的cGAS-STING通路激活在DON引起的睾丸炎症中起着核心作用，并确定了缓解DON相关雄性生殖毒性的潜在治疗靶点。
引言
脱氧雪腐镰刀菌（DON）是一种B型三萜类霉菌毒素，是全球谷物作物中最常见的污染物之一（Deligeorgakis等人，2023年）。最近的一项全球调查显示，超过70%的动物饲料样本受到霉菌毒素的污染，其中DON的检出率最高（Jalilzadeh-Amin, Dalir-Naghadeh, Ahmadnejad-Asl-Gavgani, Fallah, & Mousavi, 2023年）。由于其高化学稳定性，DON可以在整个食物链中持续存在，对食品安全和动物及人类的健康构成严重威胁（Kerstner & Garda-Buffon, 2024年）。根据世界卫生组织的数据，全球约有10%的人口可能受到饮食和环境中的DON暴露的影响（Murtaza等人，2024年）。长期低剂量暴露于DON与多种毒性效应有关，包括肝毒性和神经毒性以及生殖毒性（Lu, Tang, Xu, & Sun, 2022年；Sun等人，2024a年），特别是会严重损害动物的生殖性能。据报道，DON及其代谢物会干扰精子发生和胚胎发育（Hu, Liu, Yu, Sun, & Yang, 2024年）。此外，DON还会破坏血睾屏障的完整性并引发睾丸炎症。值得注意的是，DON引起的睾丸功能障碍可能不仅限于生殖系统，还可能影响其他器官的发育并导致生长迟缓（Sun等人，2024b年）。然而，DON引起的睾丸损伤的分子机制仍大部分不清楚。
线粒体是真核细胞中的重要细胞器，在细胞能量产生中通过氧化磷酸化起核心作用（Wu等人，2024年）。新兴研究表明，线粒体功能障碍是DON引起细胞毒性的关键机制（Wang等人，2021年）。DON在线粒体内的积累会导致三种主要特征的毒性：（1）过量的线粒体活性氧（mitoROS）生成，（2）代谢稳态的破坏，以及（3）线粒体膜完整性的丧失，表现为去极化和通透性的增加（Diao等人，2024年）。线粒体损伤后，线粒体DNA（mtDNA）等成分会作为损伤相关分子模式（DAMPs）释放到细胞质中，从而引发先天免疫反应（Carloni等人，2024年）。线粒体基因组是一种共价闭合的环状DNA分子，包含13个编码氧化磷酸化所需蛋白质的基因，与核DNA（nDNA）相比缺乏组蛋白保护，且DNA修复能力有限，因此对外部压力因素非常敏感（Fan等人，2024年）。一旦mtDNA释放到细胞质中，它会作为强效的DAMP与模式识别受体（PRRs）结合，触发无菌炎症信号通路（Wen等人，2025年）。在这些通路中，cGAS-STING轴被认为是响应mtDNA泄漏的主要机制（Motwani, Pesiridis, & Fitzgerald, 2019年）。cGAS与细胞质中的双链DNA结合后，会催化环GMP-AMP的合成，从而激活STING。激活的STING会启动两个下游信号级联：（i）TANK结合激酶1（TBK1）和干扰素调节因子3（IRF3）的磷酸化，产生I型干扰素（IFNs）；（ii）核因子κB（NF-κB）的募集，诱导促炎细胞因子的产生，包括白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）（Decout, Katz, Venkatraman, & Ablasser, 2021年；Yang等人，2024年）。总之，这些发现表明mtDNA释放及其随后激活的cGAS-STING通路在DON引起的睾丸炎症中起着关键作用。
在本研究中，我们探讨了DON对睾丸损伤的影响，并阐明了该病理过程中线粒体的作用及其背后的分子机制。我们使用了体内小鼠模型和TM4 Sertoli细胞，以提供关于DON引起的雄性生殖毒性的细胞和分子基础的全面见解。
动物和处理
我们从南方医科大学实验动物中心获得了40只4周大、体重17-21克的BALB/c雄性小鼠。选择4周大的BALB/c小鼠来模拟睾丸发育的青春期阶段，在此期间生精上皮和血睾屏障仍在成熟中。这一发育窗口期使我们能够评估DON暴露如何影响精子发生的启动并引发炎症反应。
DON暴露会损害小鼠的睾丸结构和精子发生
为了评估DON对睾丸损伤的影响，我们建立了一个暴露于DON的雄性小鼠模型。DON处理组小鼠的平均体重下降了约21%，而平均睾丸重量下降了约55%（图1A, B）。正如预期的那样，DON处理组的睾丸大小明显小于对照组（图S2A）。随后收集精子样本并用伊红染色。如图S2B所示，
讨论
脱氧雪腐镰刀菌（DON）是一种在饲料和食品中普遍存在的霉菌毒素，已知会对多个生理系统产生明显的毒性作用，包括生殖系统。最近的研究强调了其对雄性生殖健康的危害，特别是通过损害睾丸结构和精子发生功能（Zhao等人，2022年）。与先前的研究一致，这些研究也报告了精子数量和活动力的减少以及下丘脑功能的紊乱
作者贡献声明
陈家斌：方法学研究。王旭：写作 – 审稿与编辑。王艳：写作 – 审稿与编辑。文继凯：写作 – 审稿与编辑。陈青梅：写作 – 审稿与编辑。穆培强：写作 – 审稿与编辑、可视化、监督。钟高龙：写作 – 原初草稿、研究、正式分析。邓一群：监督、资金获取、概念化。霍海华：写作 – 原初草稿、方法学研究、正式分析、数据
竞争利益声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（U23A20240）、国家自然科学基金（32172770）、广东省科技计划（2022B0202160011）、广东省农业农村厅（2024-WPY-00-012）、广州市科技计划（2023B03J1390）、广东省饲料产业技术体系（2024CXTD14）以及广东省基础与应用基础研究基金会的联合资助。
