L-半胱氨酸通过调节CBS/H2S轴减轻白消安诱导的睾丸损伤

L-cysteine mitigates busulfan-induced testicular injury through modulation of CBS/H2S axis.

作者信息Song Liu, Bin Wei, Han Wei, Anran Xu, Lianbing Sheng, Xiangyang Sun, Yunling Dong, Huijun Yang
PMID41210255
发布时间2025-10-23
DOI10.3389/fcell.2025.1679330

实验完整度

高

包含体内小鼠模型、组织学、精子分析、氧化应激检测、凋亡检测、血睾屏障功能检测和机制研究,多层级验证。

主要模型

白消安诱导睾丸毒性小鼠模型 C57BL/6J小鼠

重点核对

L-半胱氨酸剂量:2.5、5.0、10 mg/kg 白消安剂量:30 mg/kg CBS抑制剂AOAA:10 mg/kg 给药方式:腹腔注射 动物分组及每组数量

摘要

以精子发生减少和精子质量下降为特征的全球男性不育问题备受关注。L-半胱氨酸是硫化氢合成所必需的,具有多种生物学优势。然而,L-半胱氨酸在治疗生精功能障碍中的保护机制仍需进一步探索。本研究旨在探讨L-半胱氨酸对白消安诱导的睾丸毒性的保护作用。结果显示,给予不同剂量(2.5、5.0和10 mg/kg)的L-半胱氨酸可显著改善最终体重、睾丸重量、精子数量、精子活力、睾酮水平和生精小管结构。在5.0 mg/kg剂量下,L-半胱氨酸通过激活CBS/H2S轴减轻睾丸损伤。此外,L-半胱氨酸通过激活Nrf2/HO-1通路有效减少细胞凋亡和氧化应激。多项分析表明,L-半胱氨酸增强了白消安破坏的血睾屏障的修复。机制上,L-半胱氨酸激活了睾丸中的PI3K/Akt/mTOR通路。值得注意的是,CBS抑制剂AOAA逆转了L-半胱氨酸对白消安诱导的睾丸损伤的保护作用。总之,该研究表明L-半胱氨酸通过调节PI3K/Akt/mTOR通路,依赖于CBS/H2S轴的激活,可以预防白消安诱导的生精功能障碍、细胞凋亡、氧化应激和血睾屏障破坏。这些发现提出L-半胱氨酸可作为男性不育的潜在治疗药物,特别是对于接受白消安化疗的患者。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
L-半胱氨酸是否能够保护白消安诱导的睾丸毒性及其潜在机制是什么?
核心机制
L-半胱氨酸通过激活CBS/H2S轴,进而激活Nrf2/HO-1通路介导的抗氧化应激和PI3K/Akt/mTOR通路,减轻细胞凋亡、氧化应激和血睾屏障破坏。
主要证据
在小鼠模型中,L-半胱氨酸逆转了白消安引起的体重、睾丸重量、精子浓度、精子活力、睾酮水平等指标的下降,并改善组织学损伤;通过TUNEL、Western blot等检测证明其抗凋亡作用;通过DHE、氧化应激指标和Western blot证明其抗氧化作用;通过生物素示踪和TEM证明血睾屏障修复;通过Western blot证明PI3K/Akt/mTOR通路激活。
研究意义
该研究首次揭示了L-半胱氨酸对白消安诱导的睾丸损伤的保护作用及机制,为男性生殖健康问题提供了理论和实验基础,并提示L-半胱氨酸可能是接受白消安化疗的男性患者保护生育力的潜在策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立白消安诱导睾丸损伤小鼠模型

评估L-半胱氨酸在体内对白消安诱导睾丸毒性的保护作用。

8周龄雄性C57BL/6J小鼠随机分组,分别给予溶剂、L-半胱氨酸(10 mg/kg)、白消安(30 mg/kg)、白消安后L-半胱氨酸(2.5/5.0/10 mg/kg)以及AOAA预处理后L-半胱氨酸(5 mg/kg)。

2

评估睾丸功能和组织学变化

验证L-半胱氨酸对白消安导致的生精功能障碍和组织损伤的改善作用。

记录体重、睾丸重量,检测精子浓度、精子活力、血清睾酮水平,H&E染色观察睾丸组织病理学。

3

检测CBS/H2S轴相关蛋白表达及H2S水平

探究L-半胱氨酸对H2S合成酶及H2S含量的影响。

Western blot检测CBS、CSE、3-MST蛋白表达;检测睾丸组织H2S水平。

4

验证CBS/H2S轴在白消安损伤中的作用

通过使用CBS抑制剂AOAA验证L-半胱氨酸的保护作用是否依赖于CBS/H2S轴。

使用AOAA抑制CBS活性,然后观察L-半胱氨酸对睾丸损伤、精子参数、H2S水平、CBS表达的影响。

5

检测细胞凋亡

评估L-半胱氨酸对白消安诱导的细胞凋亡的抑制作用。

TUNEL染色检测凋亡细胞,IHC检测Caspase-3表达,Western blot检测Bcl-2、Bax、Cytochrome C、Cleaved Caspase-3等凋亡相关蛋白。

6

检测氧化应激水平

评估L-半胱氨酸对白消安诱导的氧化应激的改善作用。

DHE染色检测ROS水平,检测SOD、GSH-Px、CAT活性和MDA含量,Western blot检测Nrf2和HO-1蛋白表达。

7

评估血睾屏障功能

评估L-半胱氨酸对白消安破坏的血睾屏障的修复作用。

生物素示踪实验检测BTB通透性,透射电镜观察BTB超微结构,免疫荧光和Western blot检测BTB连接蛋白(N-cadherin、β-catenin、connexin-43、claudin 11、occludin、ZO-1)。

8

检测PI3K/Akt/mTOR通路激活

探究L-半胱氨酸是否激活PI3K/Akt/mTOR通路及其在保护作用中的相关性。

Western blot检测PI3K、p-Akt、Akt、p-mTOR、mTOR蛋白表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
L-半胱氨酸Sigma168149
白消安SigmaB2635
氨基氧乙酸SigmaC13408
睾酮ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-OSEL-M0003
超氧化物歧化酶检测试剂盒Nanjing JianchengA001-3-2
谷胱甘肽过氧化物酶检测试剂盒Nanjing JianchengA005-1-2
过氧化氢酶检测试剂盒Nanjing JianchengA007-2-1
丙二醛检测试剂盒Nanjing JianchengA003-1-2
二氢乙啶Beyotime--
TUNEL染色检测试剂盒BeyotimeC1088
牛血清白蛋白BeyotimeST023
DAPISolarbioC0065
EZ-Link Sulfo-NHS-LC-生物素Thermo Fisher Scientific21335
链霉亲和素-Alexa Fluor 488Thermo Fisher ScientificS11223
BCA蛋白检测试剂盒BeyotimeP0012
SDS-PAGE凝胶BeyotimeP0012A
PVDF膜----
化学发光试剂盒Thermo Fisher Scientific34577
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech66009-1-Ig
抗CBS抗体Proteintech14787-1-AP
抗Bcl-2抗体Cell Signaling Technology15071
抗Bax抗体Cell Signaling Technology2774
抗细胞色素C抗体Proteintech10993-1-AP
抗Cleaved Caspase-3抗体Abcamab214430
抗Caspase-3抗体Cell Signaling Technology9661
抗Nrf2抗体Cell Signaling Technology20733
抗HO-1抗体Cell Signaling Technology70081
抗N-钙粘蛋白抗体Proteintech22018-1-AP
抗β-连环蛋白抗体Biossbs-23663R
抗ZO-1抗体Proteintech21773-1-AP
抗Claudin 11抗体Biossbs-2183R
抗Occludin抗体Biossbs-10011R
抗Connexin 43抗体Proteintech26980-1-AP
抗PI3K抗体Proteintech20584-1-AP
抗Akt抗体Cell Signaling Technology9272
抗p-Akt抗体Cell Signaling Technology4060
抗mTOR抗体Proteintech66888-1-Ig
抗p-mTOR抗体Proteintech67778-1-Ig

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
小鼠品系(C57BL/6J)、年龄(8周)、体重(16-20g)、白消安剂量(30mg/kg)、L-半胱氨酸剂量(2.5/5.0/10mg/kg)、AOAA剂量(10mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、给药频率(一周四次)
阅读提示:参见Methods 2.1节
精子分析
每组样本量(6只)、精子浓度和活力检测方法
阅读提示:参见Methods 2.1节及Figure 1图注
氧化应激检测
DHE浓度(10μM)、孵育时间(30分钟)、SOD/GSH-Px/CAT/MDA检测试剂盒及操作
阅读提示:参见Methods 2.4节
血睾屏障功能
生物素示踪剂浓度(10mg/mL)、注射体积(50μL)、孵育时间(30分钟)
阅读提示:参见Methods 2.9节