《Environmental Pollution》：Association of Microcystin-LR and Metals Co-Exposure with Semen Quality and Sperm Telomere Length in Humans
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本研究评估了微囊藻毒素-LR与八种重金属（Al、As、Cd、Co、Mo、Ni、V、Cr）共同暴露对精子质量及端粒长度的影响，发现单独或联合暴露均显著降低精子体积、前向运动精子数及端粒长度（STL），其中砷（As）和MC-LR贡献最大，且铝（Al）、镍（Ni）的毒性随MC-LR水平升高而增强。研究揭示了混合污染物对男性生殖健康的协同毒性机制，为环境污染物防控提供理论依据。
孟瑞阳|王福芳|宋邹哲|刘晓东|霍文倩|侯健|杨军|杜兴德|刘俊杰|张慧珍
郑州大学公共卫生学院，中国郑州，450001
摘要
微囊藻毒素-LR（MC-LR）和金属具有相似的环境和饮食暴露途径，两者都对男性生殖系统具有毒性；然而，同时暴露于这两种物质的影响仍不完全清楚。本研究调查了257名精子捐赠者，以评估MC-LR和金属（铝（Al）、砷（As）、镉（Cd）、钴（Co）、钼（Mo）、镍（Ni）、钒（V）、铬（Cr）在尿液中对精液质量和精子端粒长度（STL）的单独及联合影响。多元线性回归分析显示，尿液中的MC-LR与精液体积、前向精子运动能力、进展性精子运动率和STL呈负相关（P_trend分别为0.01、0.02、0.03和0.01）。尿液中的金属浓度与精液质量下降有关，但与STL无显著关联。贝叶斯核机器回归（BKMR）分析表明，污染物混合物与精液体积、精子浓度、精子计数和前向精子运动能力显著负相关，其中砷的影响最为显著（PIP值=0.91–1.00）。当混合物浓度处于第55–70百分位之间时，STL显著下降，主要受MC-LR的影响（PIP值=1.00）。BKMR交互作用分析显示，随着MC-LR水平从第25百分位增加到第75百分位，铝（Al）和镍（Ni）对异常STL的影响的剂量-反应曲线斜率也增加（P_interaction分别为0.01和0.07）。总体而言，MC-LR和金属暴露与精液质量下降及STL缩短有关，而MC-LR与铝或镍的联合暴露可能会进一步加剧精子端粒损伤。本研究补充了关于MC-LR与多金属暴露共同作用的生殖毒性的流行病学数据，并为预防和控制环境暴露引起的生殖风险提供了理论依据。
引言
男性精子质量的快速下降似乎将全球生育率降低到了前所未有的水平。在过去几十年中，精子浓度、总精子计数和精子运动能力等关键指标下降了50%以上，这一趋势仍在加速（De Jonge等人，2024年）。证据表明，环境污染物暴露在男性生殖功能障碍中起着重要作用。例如，双酚类和多环芳烃会破坏激素平衡、引发炎症并导致氧化应激，从而损害精子发生（Chen等人，2022年；Ou等人，2024年）。重要的是，由于现实环境的复杂性，人类很少只接触一种污染物，而是经常接触到多种化学物质的混合物（Gong等人，2025年）。尽管越来越多的证据表明这些污染物的单独毒性，但多种污染物暴露对精液质量的联合影响仍不清楚。
工业废水和农业径流排放到自然水体中引入了大量污染物，导致富营养化，这通常会引发蓝藻水华（Meng等人，2024年）。微囊藻毒素-LR（MC-LR）是这些水华中最丰富且毒性最强的蓝藻毒素，可通过饮用水和食物链进入人体，对公共卫生构成严重威胁（Wang等人，2024年）。金属也是受污染水体中的常见污染物，主要通过饮食摄入被人体吸收，在尿液、精液、血液和头发等生物样本中可检测到其含量（Dutta等人，2022年；Qin和Tao，2022年）。值得注意的是，有毒蓝藻通常与重金属共存于受污染的水环境中（Yilmaz等人，2025年）。多项研究证实，某些重金属（如镉（Cd）、铜和铅）可能显著促进有毒蓝藻释放MC-LR（Li等人，2023年；Zhou等人，2025年）。这些证据表明，人类可能通过共同的环境和饮食途径同时暴露于MC-LR和金属污染物。
MC-LR和金属具有相似的环境暴露途径，并可通过类似的毒理学机制引起生殖毒性。先前的研究表明，砷（As）和镉（Cd）可引起氧化应激、DNA损伤、炎症和细胞凋亡，从而损害精子发生（Azil等人，2025年；Marconi等人，2026年）。MC-LR还通过引起氧化应激、破坏线粒体完整性和激活细胞凋亡途径来损害精子结构和功能（Guo等人，2023年；Liu等人，2024年）。这些协同作用机制表明，MC-LR和金属的联合暴露可能通过协同或叠加效应加剧生殖毒性。尽管MC-LR和金属在水环境中经常共存，并且两者都具有已知的生殖毒性，但它们联合暴露对男性生殖健康的影响仍不清楚。
精液质量是男性生育力的基本决定因素。目前，精子端粒长度（STL）已成为男性生殖健康的敏感生物标志物（Del Prete等人，2026年）。端粒在维持生殖细胞的染色体稳定性和基因组完整性方面起着关键作用，STL的变化与精子发生受损、精液质量下降和不良生殖结果相关（Akhigbe等人，2025年）。值得注意的是，STL对环境压力因素（尤其是氧化应激和DNA损伤）极为敏感，这是MC-LR和金属引起生殖毒性的关键机制（Avenda?o Avila和Heddi，2025年）。因此，在MC-LR-金属联合暴露的情况下，STL是一个补充性的机制终点。
基于上述证据，本研究旨在探讨MC-LR和金属联合暴露对男性生殖健康的潜在影响。利用高分辨率质谱技术，我们精确测定了尿液中MC-LR和一组与精液质量受损相关的金属的浓度，包括铝（Al）、镉（Cd）、钴（Co）、砷（As）、铬（Cr）、钼（Mo）、镍（Ni）和钒（V）。这些暴露数据与男性生殖健康指标（包括精液质量参数和STL）进行了全面分析。本研究旨在阐明MC-LR-金属联合暴露的生殖效应，并为评估环境污染物混合物对男性生殖健康的综合影响提供证据。
研究人群和样本收集
这项横断面研究从郑州大学第三附属医院的河南精子库招募了男性参与者，不考虑他们随后作为精子捐赠者的资格。参与者在2023年6月至2023年9月期间登记参加。在登记前，向所有参加精子库筛查的精子捐赠者候选人解释了研究的目的和程序。从同意参与的研究对象处获得了书面知情同意。
研究参与者
共有482名男性受邀参与研究，其中418人同意参加（参与率为86.7%）。有5名参与者因未提供尿液样本而被排除，最终剩下413名参与者。最终分析中包括了257名尿液中MC-LR和所有八种金属均可检测到的男性。最终参与者的中位年龄为23岁，大多数年龄在21至28岁之间。精液体积、精子浓度等指标的中位数值如下
讨论
本研究调查了尿液中的MC-LR和八种金属浓度与男性精液质量参数之间的关联。与先前的研究一致，单独暴露于MC-LR、钴（Co）、砷（As）、钼（Mo）和镉（Cd）与多个精液质量参数的下降显著相关（Ge等人，2025年；Ren等人，2023年；Xu等人，2021年；Zhang等人，2023年）。重要的是，我们的研究结果表明
结论
本研究发现了新的证据，表明MC-LR和八种金属的联合暴露与精液体积、进展性精子运动率、前向精子运动率和STL的下降呈正相关。具体而言，MC-LR暴露与STL缩短显著相关。在混合物成分中，砷（As）是对精液质量参数影响最大的污染物，而MC-LR似乎是影响STL衰减的最重要因素。
作者贡献声明
刘晓东：方法学。宋邹哲：资源准备。王福芳：正式分析。孟瑞阳：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写。张慧珍：撰写 – 审稿与编辑，资源准备，资金获取，概念构思。刘俊杰：资源准备。杜兴德：正式分析。杨军：方法学，研究设计，概念构思。侯健：研究实施。霍文倩：研究实施
未引用的参考文献
Geng等人，2024年；Zeng等人，2015年。
参与同意
已从所有参与研究的个体处获得知情同意。
出版同意
所有作者均已阅读并批准了手稿，并同意其发表。
利益冲突
作者没有需要披露的相关财务或非财务利益。
伦理审批
本研究设计已获得郑州大学生命科学伦理审查委员会（ZZUIRB 2023-040）的审查和批准。所有参与者在研究开始前均被告知研究目的，并自愿签署了所需的知情同意书。
资助
本研究得到了
国家自然科学基金 [资助编号：82073512, 82273594]和中原地区科技创新领军人才计划[资助编号：244200510028]的支持。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报告工作的财务或个人利益关系。
致谢
我们衷心感谢河南农业大学的郭宏祥教授以及郑州大学的吴春瑞、耿峰峰、梁晓、杨英飞和陈一舒在技术支持和建设性讨论方面的宝贵帮助。我们也感谢编辑和相关审稿人对本手稿提出的宝贵意见。
