Unsichtbare Plastikfragmente von gewöhnlichem Geschirr tauchen im Sperma auf; Jetzt enthüllen Forscher, wie nanoskalige Partikel die männliche Fortpflanzungsbiologie durch zellulären Stress und Selbstzerstörungswege sabotieren können.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in der Zeitschrift für NanobiotechnologieForscher ermittelten, wie sich die Ansammlung von Mikroplastik (MP), insbesondere durch die Verwendung von Plastikgeschirr (PT), auf die Spermienqualität auswirkt, und klärten den molekularen Mechanismus auf, der den Signalweg Forkhead Box Protein A1, Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase Kinase 1, p38 Mitogen-Activated Protein Kinase (FOXA1/MAP3K1/p38) beinhaltet.

Hintergrund

Männliche Unfruchtbarkeit ist für etwa die Hälfte aller Unfruchtbarkeitsfälle weltweit verantwortlich, und aktuelle Analysen berichten von einem jährlichen Spermienrückgang von etwa 1–2,6 % und nicht von einer einzigen kumulativen Schätzung, was wachsende Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit hervorruft. Über Lebensstilfaktoren wie Fettleibigkeit oder Stress hinaus wird zunehmend auch die Exposition gegenüber Umweltschadstoffen, einschließlich MPs, in Betracht gezogen. Einwegkunststoffe, insbesondere PT, setzen Polystyrol- und Polyvinylchlorid (PVC)-Fragmente frei, die in Lebensmittel und Wasser gelangen können. Frühe Erkenntnisse bringen MPs mit oxidativem Stress, hormonellen Störungen und Hodenschäden bei Tieren in Verbindung, direkte menschliche Daten sind jedoch noch rar. Für die reproduktive Gesundheit ist es von entscheidender Bedeutung zu verstehen, wie sich MPs im Sperma ansammeln und die Spermatogenese stören. Weitere Forschung ist erforderlich, um die molekularen Pfade und die Risiken einer Exposition des Menschen zu klären.

Über die Studie

Die Studie analysierte das Sperma von 200 Männern im gebärfähigen Alter (durchschnittlich 24,6 Jahre) in der Chongqing Human Sperm Bank im Zeitraum 2020 bis 2021. Die Teilnehmer füllten Fragebögen zu Lebensstil, Body-Mass-Index (BMI) und PT-Nutzung aus. Zu den Messgrößen für die Samenqualität zählten die Spermienkonzentration, die Gesamtzahl der Spermien, die Beweglichkeit und die progressive Beweglichkeit gemäß dem Protokoll der sechsten Ausgabe der Weltgesundheitsorganisation (WHO). Die Proben wurden gefriergetrocknet, enzymatisch aufgeschlossen, filtriert und mittels Infrarotmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie (REM) auf MP-Polymere untersucht. Die Autoren stellten fest, dass Mikroinfrarottechniken Nanoplastik mit einer Größe von nur 50 nm nicht erkennen können, was eine wesentliche analytische Einschränkung in menschlichen Proben darstellt. Die multivariate Regression verknüpfte die MP-Werte mit den Samenmessungen nach Anpassung an Alter, BMI, Abstinenztage, Alkohol und Rauchen.

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In vivo In der Arbeit wurden BALB/c-Mäuse verwendet, denen acht Wochen lang Polystyrol-Mikroplastik (PS-MPs) mit einer Größe von 50 Nanometern, 5 Mikrometern oder 50 Mikrometern mit einer Dosis von 1 Milligramm pro Tag verabreicht wurde. Die Qualität, Histologie und Ultrastruktur der Spermien wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Immunhistochemie (IHC) und terminaler Desoxynukleotidyltransferase-dUTP-Nick-End-Markierung (TUNEL) beurteilt. Die Maus-Spermatogonialzelllinie GC-1 wurde PS-MPs mit 25 Mikrogramm pro Milliliter mit oder ohne den p38-Inhibitor Adezmapimod oder FOXA1 Small Interfering RNA (siRNA) ausgesetzt. Autophagie- und Apoptosemarker wurden mittels Western Blot, quantitativer Echtzeit-Polymerasekettenreaktion (qRT-PCR) und Durchflusszytometrie (FCM) gemessen. Die statistische Signifikanz wurde auf p < 0,05 festgelegt.

Studienergebnisse

MPs wurden in 55,5 % (111/200) der Samenproben nachgewiesen, insgesamt 128 Partikel. Die Hauptpolymere waren PVC (36,7 %) und Polystyrol (PS, 32,0 %), gefolgt von Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) und Polypropylen (PP). Es wurde kein Polyamid (PA) nachgewiesen. Eine höhere Häufigkeit der PT-Nutzung korrelierte stark mit einer größeren MP-Akkumulation. Tägliche PT-Benutzer hatten signifikant höhere Gesamt-MPs im Sperma (p < 0,05).

Nach der Anpassung wurden in der gesamten Kohorte keine signifikanten Zusammenhänge zwischen der Gesamtzahl der MPs und den Samenparametern beobachtet. In stratifizierten Analysen zeigten bei Männern mit einem BMI < 24 kg/m² die Gesamtzahl der MPs einen grenzwertig negativen Zusammenhang mit der Spermienkonzentration (P = 0,08) und einen positiven Zusammenhang mit der progressiven (P = 0,03) und Gesamtmotilität (P = 0,04). Unter den PT-Anwendern (ja vs. nein) zeigte die Gesamtzahl der MPs einen Trend zu einer geringeren Spermienkonzentration (P = 0,07), der möglicherweise durch eine Steigerung der Motilität ausgeglichen wurde.

Bei Mäusen reduzierten orale 50-nm-PS-MPs die Spermienkonzentration (33 %), die Gesamtmotilität (21 %) und die progressive Motilität (38 %) signifikant und erhöhten die abnormale Morphologie. Die Histologie zeigte geschrumpfte, desorganisierte Samenkanälchen; Die TEM zeigte Brüche der Kernmembran und eine Ansammlung von Autolysosomen, was auf eine erhöhte Autophagie hindeutet.

Die Transkriptomsequenzierung identifizierte 985 differentiell exprimierte Gene (DEGs), die an Apoptose- und Autophagiewegen angereichert sind. Autophagie-bezogene Gene wie Autophagy-Related 5 (ATG5), Autophagy-Related 7 (ATG7) und Beclin1 (BECN1) wurden hochreguliert, und die Proteinmarker Microtubule-Associated Protein 1 Light Chain 3 Beta (LC3β) und Sequestosom 1 (p62/SQSTM1) stiegen um 69 % bzw. 138 %. Immunhistochemie (IHC) und Immunfluoreszenz (IF) bestätigten eine verstärkte LC3β- und Beclin1-Expression in den Hoden. Gleichzeitig stiegen die pro-apoptotischen Proteine ​​Bcl-2-Associated

Mechanistisch gesehen aktivierten PS-MPs die MAPK-Kaskade über MAP3K1 und phosphoryliertes p38, was zu einer Hochregulierung von phosphoryliertem c-fos (pc-fos), jedoch nicht von c-jun führte. Die Behandlung mit dem p38-Inhibitor Adezmapimod unterdrückte die pc-fos-Aktivierung und bestätigte damit den MAP3K1/p38-Link. Eine vorgelagerte Analyse zeigte, dass der Transkriptionsfaktor FOXA1 direkt an den MAP3K1-Promotor band und mit dem MAP3K1-Protein interagierte, wie durch Chromatin-Immunpräzipitation (ChIP) und Co-Immunpräzipitation (Co-IP) bestätigt wurde. Der Abbau von FOXA1 durch siRNA verringerte die PS-MP-induzierte MAP3K1-, p-p38- und pc-fos-Expression, ohne pc-jun zu verändern. Somit lösten PS-MPs Autophagie und Apoptose über die FOXA1/MAP3K1/p38/c-fos-Achse aus.

Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse, dass die MP-Anreicherung durch PT keine harmlose Umweltbelastung, sondern eine biologische Bedrohung im Zusammenhang mit männlichen Fortpflanzungsschäden darstellt. Menschliche Befunde deuten auf eine veränderte Spermienqualität nur in bestimmten Untergruppen hin und bleiben assoziativ, während Tier- und Zelldaten eine kausale Aktivierung von Stresspfaden durch 50-nm-Partikel belegen. Die Autoren räumten auch Einschränkungen ein, darunter die Verwendung einer einzelnen oralen Dosis bei Mäusen und die Verwendung höherer Konzentrationen als die Umgebungskonzentration in vitround das Fehlen funktioneller Fruchtbarkeitsbeurteilungen wie Schwangerschaftsergebnisse.

Schlussfolgerungen

Diese Forschung liefert den ersten integrierten menschlichen assoziativen und mechanistischen Beweis dafür, dass MPs, insbesondere PS-Fragmente, die von PT stammen, sich im Sperma ansammeln und mit Veränderungen der Spermienqualität in gefährdeten Untergruppen verbunden sind. Bei Männern mit niedrigem BMI und häufigem PT-Einsatz korrelierte die gesamte MP-Exposition mit einer grenzwertig niedrigeren Spermienkonzentration und einer erhöhten Motilität. In Mäusen und Spermatogonialzellen aktivierten 50-nm-PS-MPs die FOXA1/MAP3K1/p38-Signalkaskade, was zu Autophagie und Apoptose führte, was die Spermienzahl und -motilität verringerte.

Die Ergebnisse unterstreichen die reproduktiven Gefahren der alltäglichen Plastikexposition und verdeutlichen die Notwendigkeit gesundheitspolitischer Maßnahmen, die die Freisetzung von MP aus Lebensmittelbehältern begrenzen und sicherere Alternativen fördern.

Quellen:

Journal reference: