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2022年09月24日，陆军医科大学（第三军医大学）预防医学院毒理学研究所张中豪博士等为第一作者，曹佳教授、刘晋祎教授为通讯作者以" Genome-wide alternation and effect of DNA methylation in the impairments of steroidogenesis and spermatogenesis after PM2.5 exposure"为题在《Environment International》杂志发表研究论文。该研究通过对小鼠睾丸组织的全基因组重亚硫酸盐测序（Whole gene bisulfite sequencing,WGBS）与对应的转录组测序（RNA-seq）联合分析，鉴定出与类固醇生成和精子发生过程相关的关键基因和通路，揭示了PM2.5导致男性生殖障碍的潜在DNA甲基化调控机制。深圳市易基因科技有限公司提供本研究的DNA甲基化测序（WGBS）和转录组测序（RNA-seq）服务。
标题：Genome-wide alternation and effect of DNA methylation in the impairments of steroidogenesis and spermatogenesis after PM2.5 exposure（PM2.5暴露后类固醇生成和精子生成障碍的全基因组DNA甲基化变化和效应）
发表期刊：Environment International
发表日期：2022年09月24日
影响因子：IF 13.352
技术：全基因组重亚硫酸盐测序（WGBS）、转录组测序（RNA-seq）、蛋白质印记
样品：8周龄C57BL/6雄性小鼠，分为过滤空气组（filtered air group ,FA），未过滤空气组（unfiltered air group ,UA）和浓缩PM2.5组(concentrated ambient PM2.5 group, CAP)。每组2个重复，共6个样本。
摘要
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环境细颗粒物（PM2.5）对男性生殖健康的影响已引起广泛关注，其损害的具体潜在机制仍不清楚，需要在新的方向进行更多研究。先前研究表明，DNA甲基化在男性生殖发育中起着重要作用，也易受环境影响，然而对于DNA甲基化参与PM2.5诱导的男性生殖毒性作用还没有足够研究。为此，本研究建立一个实时PM2.5暴露模型，揭示了PM2.5暴露可能导致睾丸功能障碍，包括精子发生障碍和类固醇激素功能障碍。睾丸5-甲基胞嘧啶（5mC）全基因组水平降低表明DNA甲基化可能与PM2.5暴露诱导的睾丸损伤有关。进一步的全基因组甲基化分析揭示了睾丸DNA的基因组低甲基化，并在CAP组与UA组和FA组中发现1000多个差异甲基化区域（DMR），表明PM2.5暴露（即使低剂量）可以调控睾丸甲基化。此外，甲基化组和转录组的联合分析鉴定出一些关键甲基化基因和网络，这些基因和网络可能参与精子发生和类固醇激素的合成。关键基因尤其是Cyp11a1和Pax8的睾丸甲基化水平升高，随后表达水平降低可能会损害睾酮和精子生成过程。本研究为DNA甲基化可能参与PM2.5诱导的男性生殖损伤提供了基础知识和新见解。
图形摘要
睾丸全基因组DNA甲基化组和转录组的联合分析鉴定了与类固醇生成和精子发生过程相关的关键基因和通路，这可能是PM2.5引起的男性生殖障碍中DNA甲基化调控机制。
研究思路
材料方法
8周龄C57BL/6雄性小鼠，过滤空气组（FA），未过滤空气组（UA）和浓缩PM2.5 组(CAP)。FA组为高效颗粒空气过滤器过滤的环境空气，UA组为未经过滤的环境空气，CAP组为细颗粒物（PM2.5）暴露环境空气。
从小鼠眼眶丛中获得血液，称重睾丸和附睾，分别固定在Bouin溶液中进行形态学分析和在液氮中速冻-80°C储存。
从睾丸组织中分离提取RNA、DNA和蛋白质进行全基因组重亚硫酸盐测序 （WGBS）分析、转录组测序（RNA-seq）和Western Blot实验，WGBS为每组构建两个库，每个库包含来自四只小鼠的合并睾丸DNA。
图1：PM2.5暴露表征
（A）PM2.5暴露程序示意图。（B）实验期间各组PM2.5浓度。（C） PM2.5中无机离子水平。（D）PM2.5中多环芳烃浓度。（E）PM2.5中痕量金属（trace metal）浓度。
研究结果
（1）PM2.5暴露导致精子质量下降和精子发生损伤