近年来，男性生殖功能下降以及不育症的发病人群日益年轻化，已成为困扰全球的健康问题之一。同时，越来越多的研究表明男性精液的质量下降与环境中有机污染物（如传统溴代阻燃剂）的含量增加存在着密切联系。随着传统溴代阻燃剂被逐步管控，其替代品（如新溴代阻燃剂）被大量生产和使用。然而，这些替代品对生态环境及人体健康可能带来的潜在风险尚不明确。其中，十溴二苯乙烷（DBDPE）是我国生产量、使用量最大的新溴代阻燃剂，且已在环境、野生生物及人类样本中被广泛检出。

中国科学院水生生物研究所环境毒理学研究组周炳升团队利用体外精子快速筛选（ex vivo）、活体斑马鱼暴露（in vivo）和离体细胞验证（in vitro）等多种研究手段，证实了DBDPE暴露可影响精子活力，并首次发现环境污染物可能通过诱导精巢能量重编程过程引起雄性生殖功能障碍。

首先，通过体外暴露斑马鱼精子并进行人工授精，快速筛查了DBDPE对精子质量和后代发育的潜在影响。实验结果表明DBDPE的体外暴露会导致斑马鱼精子活力下降以及与正常卵子受精的能力降低（图1）。

图1 斑马鱼精子体外暴露及人工授精。(A)示意图;(B) 精子总活力;(C) 使用未暴露卵子和DBDPE暴露后精子进行人工授精的斑马鱼胚胎受精率。

紧接着，通过活体斑马鱼暴露评估了在环境相关剂量下DBDPE是否会影响精子质量和精子发生。精子活力测试、扫描电镜观察和精巢组织切片等结果表明，2个月环境相关剂量的DBDPE暴露会导致雄性斑马鱼精子活力降低、精子形态异常和精子发生异常（图2）。这预示着环境中DBDPE可能存在着雄性生殖干扰风险。

图2 DBDPE对斑马鱼精子运动参数和超微结构形态的影响。(A)斑马鱼体内暴露后采集精子进行精子活力测定和超微结构成像的示意图；（B）精子的总活力;（C）精子向前运动活性;（D）精子头长；（E）精子头宽。

为全面揭示DBDPE诱导雄性生殖毒性的内在机制，该研究对斑马鱼精巢进行了全蛋白质组和磷酸蛋白质组的联合分析，发现DBDPE会造成斑马鱼精巢的DNA损伤和能量代谢紊乱。进一步利用免疫荧光、蛋白印迹和生化指标证实DBDPE活体暴露会导致精巢DNA损伤、线粒体超级化、糖酵解和氧化磷酸化的代谢失衡。值得注意的是，在该研究中发现DBDPE导致的DNA损伤并不是由ROS带来的，而乳酸脱氢酶LDH（能量代谢关键酶）可能是DBDPE引起生殖功能异常的潜在靶点（图3）。

图3 DBDPE活体暴露后精巢的全蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析。（A）组学流程；（B）100 nM DBDPE组精巢的蛋白质相互作用网络图。

最后，将小鼠精原细胞GC-1暴露在DBDPE或Oxamate（LDH的抑制剂）中，发现离体暴露与活体暴露的关键指标内容（DNA损伤、线粒体膜电位、能量代谢水平）趋势一致，并且Oxamate与DBDPE离体暴露结果呈正相关，这表明这两者化合物可能存在着相似的作用机制。由此，推测DBDPE可能通过抑制LDH活性和增强氧化磷酸化来抑制糖酵解，从而重新编程生殖细胞中的能量代谢过程（图4）。此外，该研究发现无论是体内还是体外，线粒体膜电位都可以作为雄性生殖功能障碍的敏感指标，而从线粒体膜电位超极化发生到引起显著的ROS变化、细胞凋亡等存在一个剂量窗口，这一窗口为污染物诱导的细胞损伤预测和早期干预提供了可能。

图4 小鼠精原细胞GC-1在DBDPE和Oxamate （LDH抑制剂）暴露后的能量代谢水平。GC-1细胞的(A)葡萄糖含量； (B) LDH活性； (C)线粒体膜电位MMP； (D) ROS水平； (E)Seahorse XF实时ATP率测定示意图；细胞的 (F)基础呼吸 (G)线粒体氧化磷酸化ATP（mitoATP）/糖酵解ATP (glycoATP)的比例。 (H)基于体外和体内研究结果提出DBDPE对糖酵解和氧化磷酸化的作用。

上述研究有助于进一步了解DBDPE的生殖毒性及其潜在机制，并提示环境中DBDPE等新溴代阻燃剂类污染物可能对水生生物及人体生殖健康造成潜在危害。相关成果发表于Environmental Health Perspectives杂志，杨丽华青年研究员、章银丹博士为论文的共同第一作者，华江环副教授和周炳升研究员为论文的共同通讯作者，该研究得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。文章链接:https://doi.org/10.1289/EHP14426