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环境压力是导致男性不育的主要因素，但其免疫学机制尚不明确。为阐明关键重金属暴露如何影响精子活力，研究人员围绕附睾巨噬细胞衰老这一核心展开系列研究。结果首次揭示，铅(Pb)、镉(Cd)和汞(Hg)的复合暴露通过下调FTO介导的Foxo3基因m6A去甲基化，诱发巨噬细胞衰老并释放白介素-6(IL-6)等炎症因子，最终损害精子活力。清除衰老巨噬细胞可有效逆转此过程。该研究为理解环境致男性不育的免疫机制提供了新视角，并提示靶向清除衰老巨噬细胞是潜在防治策略。
在全球范围内，不孕不育影响着约六分之一的夫妇，其中男性因素占比高达约30%。精子活力是决定能否成功受孕的关键指标，然而，近年来与弱精子症相关的男性不育疾病负担持续上升。环境压力，特别是无处不在的重金属污染，已被证实是导致精子活力下降的主要因素之一。随着经济和社会的快速发展，重金属污染已成为一个全球性问题。然而，究竟是哪些关键重金属在“作祟”，它们又是通过何种精密的生物学机制损害我们的“小蝌蚪”的活力？这一直是生殖健康领域亟待破解的谜题。
为了回答这些关键问题，一项发表在《SCIENCE ADVANCES》上的研究开展了一系列从人群到细胞的多层次探索。研究团队首先通过一项横断面研究，锁定了与精子活力负相关最显著的三种关键重金属：铅(Pb)、汞(Hg)和镉(Cd)。随后，他们构建了相应的小鼠模型，证实这三种重金属的复合暴露确实会导致精子活力显著下降。研究的核心发现指向了男性生殖系统中的一个特殊“哨所”——附睾。附睾是精子成熟和储存的场所，其内部存在着一个独特的免疫微环境，以保护脆弱的精子。研究首次揭示，环境应激（重金属复合暴露）会“催老”这个微环境中的“卫士”——巨噬细胞。这些衰老的巨噬细胞不仅功能失调，还会释放大量的炎症因子，如白细胞介素-6(IL-6)，从而破坏附睾的稳定，最终导致途经此地的精子活力受损。更有意义的是，当研究人员通过药物清除这些衰老的巨噬细胞，或通过细胞移植补充健康的巨噬细胞后，小鼠的精子活力得到了显著恢复。这直接证明了衰老巨噬细胞是连接环境应激与精子活力下降的关键环节。
那么，环境应激是如何“催老”巨噬细胞的呢？研究进一步深入分子机制，发现了一条由表观遗传修饰驱动的通路。环境应激会抑制一种名为FTO的m6A去甲基化酶（m6A是信使RNA上最常见的甲基化修饰）的表达。FTO的减少，导致一个重要的抗衰老基因Foxo3的mRNA上m6A甲基化水平异常升高。这种修饰加速了Foxo3mRNA的降解，使得其蛋白表达量下降。FOXO3蛋白本是一种能抑制炎症、延缓衰老的转录因子，它的减少直接促使巨噬细胞迈入衰老状态，并大量分泌IL-6。在细胞实验中，过表达Fto或Foxo3基因，都能有效逆转重金属诱导的巨噬细胞衰老。在动物体内，补充一种经典的m6A抑制剂S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)，也能减轻附睾巨噬细胞衰老，并改善精子活力。这些实验从正反两方面验证了“环境应激→FTO下调→Foxo3m6A升高→FOXO3减少→巨噬细胞衰老/IL-6分泌→精子活力下降”这一完整的因果链条。
本研究综合利用了多种关键技术方法。在人群层面，研究在安徽医科大学第一附属医院招募了170名男性参与者，通过横断面研究设计，结合电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)检测尿液中多种重金属含量，并利用分位数g计算模型、贝叶斯核机器回归(BKMR)模型等多种统计模型分析其与精子活力的关联。在动物和细胞机制层面，研究构建了铅、镉、汞单一及复合暴露的小鼠模型，并通过精子自动分析系统评估精子运动参数。为探究巨噬细胞的作用，研究使用了氯膦酸盐脂质体清除巨噬细胞并结合骨髓来源巨噬细胞(BMDM)过继回输的技术。在分子机制探索中，运用了蛋白质印迹法(Western blot)、流式细胞术、多重免疫组化(mIHC)、细胞衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)染色、甲基化RNA免疫共沉淀测序(MeRIP)-qPCR、酶联免疫吸附试验(ELISA)以及RNA稳定性测定等关键技术。
研究结果
尿液中Pb、Hg和Cd含量与精子活力呈负相关
通过横断面研究发现，铅(Pb)、汞(Hg)和镉(Cd)是与精子活力负相关性最强的三种重金属，且存在联合效应。
环境应激降低小鼠精子活力
动物实验证实，铅、镉、汞的复合暴露可显著降低小鼠的精子活力和前向运动力，且呈剂量和时间依赖性。组织学检查显示复合暴露损害了附睾管腔结构。
环境应激诱导附睾巨噬细胞衰老
研究发现重金属复合暴露可显著增加附睾组织及巨噬细胞系RAW264.7中衰老相关标志物（如p16、p21蛋白）的表达、衰老相关β-半乳糖苷酶活性以及炎症因子IL-6的水平。多重免疫组化证实附睾中p16+F4/80+的衰老巨噬细胞数量增多。
清除衰老巨噬细胞可保护环境应激导致精子活力下降
通过使用氯膦酸盐脂质体清除小鼠体内的巨噬细胞，并过继回输来自年轻小鼠的健康骨髓来源巨噬细胞(BMDM)，能够显著恢复因重金属暴露而下降的精子活力，并降低附睾组织中p16、p21和IL-6的表达水平。
环境应激通过抑制Foxo3表达诱导附睾巨噬细胞衰老
机制探索发现，环境应激显著抑制了抗衰老基因Foxo3在附睾组织和巨噬细胞中的表达。在RAW264.7细胞中过表达Foxo3，可有效逆转重金属暴露诱导的细胞衰老表型和IL-6水平升高。
环境应激通过FTO介导的m6A修饰抑制Foxo3表达
研究进一步发现，环境应激增加了附睾组织总RNA的m6A甲基化水平，并特异性降低了去甲基化酶FTO（脂肪量和肥胖相关蛋白）的表达，同时增加了Foxo3mRNA特定位点的m6A修饰。在细胞中过表达Fto基因，能缓解重金属暴露引起的Foxo3表达抑制、巨噬细胞衰老和IL-6分泌。RNA稳定性实验表明，过表达Fto可减缓重金属暴露下Foxo3mRNA的降解。
补充SAH可减轻环境应激诱导的附睾巨噬细胞衰老
在动物体内补充m6A甲基化抑制剂S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)，能够降低附睾组织的总m6A水平，恢复FOXO3和FTO蛋白表达，减少衰老巨噬细胞数量，并最终改善精子活力。
结论与讨论
本研究系统阐明了环境重金属应激损害男性生殖健康的一条全新免疫学途径。研究首次将附睾巨噬细胞衰老置于环境应激与精子活力下降的因果链条中心，并揭示了其背后由FTO介导的Foxo3基因m6A表观遗传调控机制。该工作具有多重重要意义：在科学认知层面，它突破了传统上主要关注重金属对精子直接毒性作用的视角，从附睾免疫微环境稳态的角度，为理解环境性男性不育提供了崭新的理论框架。在机制深度上，它精细地解析了从环境刺激到表观遗传修饰（m6A），再到关键衰老调控基因（Foxo3）表达失调，最终引发特定免疫细胞（巨噬细胞）功能紊乱并分泌炎症因子（IL-6）损害精子功能的完整信号轴。在转化医学价值上，研究不仅证实了铅、镉、汞是需重点关注的重金属组合，更重要的是，它通过清除衰老巨噬细胞和干预m6A修饰两条策略，在动物模型中成功逆转了精子活力的下降，这为开发针对环境性男性不育的靶向治疗策略（如靶向清除衰老细胞的“senolytic”疗法或表观遗传药物）提供了强有力的 preclinical 证据和具体的分子靶点。总之，这项研究为应对日益严峻的环境污染对生殖健康的威胁，指出了新的机制理解和潜在的干预方向。
