تأثیر قرار گرفتن در معرض PM2/5 برتغییرات هورمونی، شکنندگیDNA اسپرم و متیلاسیون ژن Aquaporin9 در بافت بیضه نژاد ویستار
محورهای موضوعی : پاتوبیولوژی مقایسه ایالناز نوشادی راد 1 , کاظم پریور 2 , سعید متصدی زرندی 3 , بتول قربانی یکتا 4
1 - گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
2 - گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران.
3 - گروه مهندسی بهداشت محیط، دانشکده بهداشت و ایمنی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، تهران، ایران.
4 - گروه فیزیولوژی ، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی ازاد اسلامی تهران
کلید واژه: PM2/5 , بیضه, شکست DNA, Aquaporin9,
چکیده مقاله :
آلودگی هوا یکی از مهمترین معضلات زیست‌محیطی است که تاثیر آن بر قدرت باروری مورد توجه قرار گرفته است. مطالعه حاضر به بررسی اثر مواجهه با PM2/5 و آلودگی‌های گازی، تغییر هورمون‌های جنسی، شکست DNA اسپرم و همچنین سنجش MS-HRM برای ژن Aquaporin9در بافت بیضه پرداخته شد. پس از نمونه‌گیری و ارزیابی غلظتPM2/5 ، از۲۴ سر رت نر استفاده گردید. حیوانات به طور تصادفی در سه گروه دریافت‌كنندهء PM2/5 به همراه آلاینده‌های گازی، دریافت‌كنندهء آلاینده‌های گازی و کنترل دریافت‌كنندهء هوای تمیز با شرایط استاندارد تقسیم‌بندی شدند. بعد ازشش ماه جهت بررسی تغییرات، هورمون محرک فولیکول FSH ، تستوسترون و همچنین شکست DNA در اسپرم حیوانات ارزیابی شدند و همچنین سنجش MS-HRM برای این ژن انجام شد. نتایج نشان داد که گروه مواجهه‌یک نسبت به گروه کنترل، افزایش FSH و کاهش معنی‌داری در مقدار تستوسترون سرمی را نشان دادند. همچنین گروه‌های تیمار شده با مواجهه‌دو کاهش معناداری در تستوسترون سرمی نسبت به گروه کنترل نشان دادند. از لحاظ شکست DNA اسپرم در گروه‌های تیمار مواجهه‌یک و مواجهه‌دو افزایش معنی‌داری نسبت به گروه کنترل نشان دادند. در بررسی متیلاسیون تنها گروه مواجهه‌یک تغییرات آماری معنی‌داری در مقایسه با گروه کنترل در مدت 6 ماه نشان داد. بنابراین قرار گرفتن در معرض PM2/5 و آلاینده‌های گازی منجر به تداخل درترشح هورمون های جنسی و اثر مخرب بر شکنندگی DNA اسپرم و در نتیجه اختلال در عملکرد تولید مثل مردان می شود که این امر در القای نازایی در جنس نر حائز اهمیت می‌باشد. این یافته‌ها ممکن است در شناسایی اهداف درمانی برای کاهش اختلالات ناباروری انسان ناشی از قرار گرفتن در معرض PM2/5 کمک کند.
Air pollution in different cities of the world, has become a one of the most important environmental problems, which the effect of its on human health, especially fertility, has been considered. This study aims to investigate the impact of PM2/5 and gas pollution on various aspects including the, sex hormone changes, sperm DNA fragmentation and also (MS-HRM) assay of aquaporin 9 gene in testis tissue. After sampling and evaluating the concentration of PM2/5 24 Wistar rats (weight 170 to 200 g ) were used. The animals were randomly divided into three equal groups including the exposure group 1 (received PM2/5 and gaseous pollutants), exposure group 2 (received gaseous pollutants), and the control group (received the air filtered). After 6 months the animals were investigated for hormonal changes such as FSH, testosterone as well as sperm DNA fragmentation and also methylation-sensitive high-resolution melting (MS-HRM) assay was performed. The data obtained showed that the serum level of FSH and testosterone are significantly increased and decreased in the exposure group 1 compared to the control group, respectively. The exposure group 2 also significantly showed lower the testosterone level than that of the control group. A significant difference was also seen in both exposure groups 1 and 2 with the control group respected to sperm DNA fragmentation. MS-HRM assays detected only hypermethylation of Exposure 1 in comparison with control group in a period of six months. Therefore, exposure to PM2/5 and gas pollutants leads to interference in the secretion of sex hormones and has a detrimental effect on sperm DNA fragmentation, resulting in disruption of male reproductive function, which is crucial in inducing infertility in males. These findings may help in identifying therapeutic targets for reducing human infertility disorders caused by exposure to PM2/5.
1. Landrigan PJ, Fuller R, Acosta NJ, Adeyi O, Arnold R, Baldé AB, et al. The Lancet Commission on pollution and health. The lancet. 2018;391(10119):462-512.
2. Neira M, Prüss-Ustün A, Mudu P. Reduce air pollution to beat NCDs: from recognition to action. The Lancet. 2018;392(10154):1178-9.
3. Wegesser TC, Pinkerton KE, Last JA. California wildfires of 2008: coarse and fine particulate matter toxicity. Environmental health perspectives. 2009;117(6):893-7.
4. Zarandi SM, Shahsavani A, Khodagholi F, Fakhri Y. Co-exposure to ambient PM2. 5 plus gaseous pollutants increases amyloid β1–42 accumulation in the hippocampus of male and female rats. Toxin reviews. 2019.
5. Loomis D, Huang W, Chen G. The International Agency for Research on Cancer (IARC) evaluation of the carcinogenicity of outdoor air pollution: focus on China. Chinese journal of cancer. 2014;33(4):189.
6. Meo S, Memon A, Sheikh S, Rouq F, Usmani A, Hassan A, et al. Effect of environmental air pollution on type 2 diabetes mellitus. European Review for Medical & Pharmacological Sciences. 2015;19(1).
7. Ohlander SJ, Lindgren MC, Lipshultz LI. Testosterone and male infertility. Urologic Clinics. 2016;43(2):195-202.
8. Ying Z, Xu X, Bai Y, Zhong J, Chen M, Liang Y, et al. Long-term exposure to concentrated ambient PM2. 5 increases mouse blood pressure through abnormal activation of the sympathetic nervous system: a role for hypothalamic inflammation. Environmental health perspectives. 2014;122(1):79-86.
9. Rochester JR. Bisphenol A and human health: a review of the literature. Reproductive toxicology. 2013;42:132-55.
10. Sowlat MH, Naddafi K, Yunesian M, Jackson PL, Shahsavani A. Source apportionment of total suspended particulates in an arid area in southwestern Iran using positive matrix factorization. Bulletin of environmental contamination and toxicology. 2012;88:735-40.
11. Carré J, Gatimel N, Moreau J, Parinaud J, Léandri R. Does air pollution play a role in infertility?: a systematic review. Environmental Health. 2017;16:1-16.
12. Sifakis S, Androutsopoulos VP, Tsatsakis AM, Spandidos DA. Human exposure to endocrine disrupting chemicals: effects on the male and female reproductive systems.
Environmental toxicology and pharmacology. 2017;51:56-70.
13. Zhou L, Su X, Li B, Chu C, Sun H, Zhang N, et al. PM2. 5 exposure impairs sperm quality through testicular damage dependent on NALP3 inflammasome and miR-183/96/182 cluster targeting FOXO1 in mouse. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019;169:551-63.
14. Madaniyazi L, Li S, Li S, Guo Y. Candidate gene expression in response to low-level air pollution. Environment international. 2020;140:105610.
15. Chao JH, Page ST. The current state of male hormonal contraception. Pharmacology & therapeutics. 2016;163:109-17.
16. Gabuzda D, Yankner BA. Inflammation links ageing to the brain. Nature. 2013;497(7448):197-8.
17. Voliotis M, Garner KL, Alobaid H, Tsaneva-Atanasova K, McArdle CA. Gonadotropin-releasing hormone signaling: An information theoretic approach. Molecular and cellular endocrinology. 2018;463:106-15.
18. Arena S, Arena F, Maisano D, Di Benedetto V, Romeo C, Nicòtina P. Aquaporin‐9 immunohistochemistry in varicocele testes as a consequence of hypoxia in the sperm production site. Andrologia. 2011;43(1):34-7.
19. Wang L, Luo D, Liu X, Zhu J, Wang F, Li B, et al. Effects of PM2. 5 exposure on reproductive system and its mechanisms. Chemosphere. 2021;264:128436.
20. Chauvigné F, Parhi J, Ducat C, Ollé J, Finn RN, Cerdà J. The cellular localization and redistribution of multiple aquaporin paralogs in the spermatic duct epithelium of a maturing marine teleost. Journal of Anatomy. 2018;233(2):177-92.