近年來，男性生殖功能下降以及不育癥的發(fā)病人群日益年輕化，已成為困擾全球的健康問題之一。同時，越來越多的研究表明男性精液的質(zhì)量下降與環(huán)境中有機污染物（如傳統(tǒng)溴代阻燃劑）的含量增加存在著密切聯(lián)系。隨著傳統(tǒng)溴代阻燃劑被逐步管控，其替代品（如新溴代阻燃劑）被大量生產(chǎn)和使用。然而，這些替代品對生態(tài)環(huán)境及人體健康可能帶來的潛在風險尚不明確。其中，十溴二苯乙烷（DBDPE）是我國生產(chǎn)量、使用量最大的新溴代阻燃劑，且已在環(huán)境、野生生物及人類樣本中被廣泛檢出。

中國科學院水生生物研究所環(huán)境毒理學研究組周炳升團隊利用體外精子快速篩選（ex vivo）、活體斑馬魚暴露（in vivo）和離體細胞驗證（in vitro）等多種研究手段，證實了DBDPE暴露可影響精子活力，并首次發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染物可能通過誘導精巢能量重編程過程引起雄性生殖功能障礙。

首先，通過體外暴露斑馬魚精子并進行人工授精，快速篩查了DBDPE對精子質(zhì)量和后代發(fā)育的潛在影響。實驗結果表明DBDPE的體外暴露會導致斑馬魚精子活力下降以及與正常卵子受精的能力降低（圖1）。

圖1 斑馬魚精子體外暴露及人工授精。(A)示意圖;(B) 精子總活力;(C) 使用未暴露卵子和DBDPE暴露后精子進行人工授精的斑馬魚胚胎受精率。

緊接著，通過活體斑馬魚暴露評估了在環(huán)境相關劑量下DBDPE是否會影響精子質(zhì)量和精子發(fā)生。精子活力測試、掃描電鏡觀察和精巢組織切片等結果表明，2個月環(huán)境相關劑量的DBDPE暴露會導致雄性斑馬魚精子活力降低、精子形態(tài)異常和精子發(fā)生異常（圖2）。這預示著環(huán)境中DBDPE可能存在著雄性生殖干擾風險。

圖2 DBDPE對斑馬魚精子運動參數(shù)和超微結構形態(tài)的影響。(A)斑馬魚體內(nèi)暴露后采集精子進行精子活力測定和超微結構成像的示意圖；（B）精子的總活力;（C）精子向前運動活性;（D）精子頭長；（E）精子頭寬。

為全面揭示DBDPE誘導雄性生殖毒性的內(nèi)在機制，該研究對斑馬魚精巢進行了全蛋白質(zhì)組和磷酸蛋白質(zhì)組的聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)DBDPE會造成斑馬魚精巢的DNA損傷和能量代謝紊亂。進一步利用免疫熒光、蛋白印跡和生化指標證實DBDPE活體暴露會導致精巢DNA損傷、線粒體超級化、糖酵解和氧化磷酸化的代謝失衡。值得注意的是，在該研究中發(fā)現(xiàn)DBDPE導致的DNA損傷并不是由ROS帶來的，而乳酸脫氫酶LDH（能量代謝關鍵酶）可能是DBDPE引起生殖功能異常的潛在靶點（圖3）。

圖3 DBDPE活體暴露后精巢的全蛋白質(zhì)組學和磷酸化蛋白質(zhì)組學分析。（A）組學流程；（B）100 nM DBDPE組精巢的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡圖。

最后，將小鼠精原細胞GC-1暴露在DBDPE或Oxamate（LDH的抑制劑）中，發(fā)現(xiàn)離體暴露與活體暴露的關鍵指標內(nèi)容（DNA損傷、線粒體膜電位、能量代謝水平）趨勢一致，并且Oxamate與DBDPE離體暴露結果呈正相關，這表明這兩者化合物可能存在著相似的作用機制。由此，推測DBDPE可能通過抑制LDH活性和增強氧化磷酸化來抑制糖酵解，從而重新編程生殖細胞中的能量代謝過程（圖4）。此外，該研究發(fā)現(xiàn)無論是體內(nèi)還是體外，線粒體膜電位都可以作為雄性生殖功能障礙的敏感指標，而從線粒體膜電位超極化發(fā)生到引起顯著的ROS變化、細胞凋亡等存在一個劑量窗口，這一窗口為污染物誘導的細胞損傷預測和早期干預提供了可能。

圖4 小鼠精原細胞GC-1在DBDPE和Oxamate （LDH抑制劑）暴露后的能量代謝水平。GC-1細胞的(A)葡萄糖含量； (B) LDH活性； (C)線粒體膜電位MMP； (D) ROS水平； (E)Seahorse XF實時ATP率測定示意圖；細胞的 (F)基礎呼吸 (G)線粒體氧化磷酸化ATP（mitoATP）/糖酵解ATP (glycoATP)的比例。 (H)基于體外和體內(nèi)研究結果提出DBDPE對糖酵解和氧化磷酸化的作用。

上述研究有助于進一步了解DBDPE的生殖毒性及其潛在機制，并提示環(huán)境中DBDPE等新溴代阻燃劑類污染物可能對水生生物及人體生殖健康造成潛在危害。相關成果發(fā)表于Environmental Health Perspectives雜志，楊麗華青年研究員、章銀丹博士為論文的共同第一作者，華江環(huán)副教授和周炳升研究員為論文的共同通訊作者，該研究得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金的資助。文章鏈接:https://doi.org/10.1289/EHP14426