综述：关于氧化应激下男性亚生育能力及莱迪希细胞衰老的最新研究综述：病理生理学、机制以及新兴的抗氧化和纳米治疗策略

《Tissue and Cell》：An Updated Review of Male Subfertility and Leydig Cell Senescence Under Oxidative Stress: Pathophysiology, Mechanisms, and Emerging Antioxidant and Nanotherapeutic Approaches

　　

Doaa A. Mansour | Arwa A. Hassan | Sara M. Baraka

埃及萨达特市大学兽医学院生物化学与营养化学系

摘要

莱迪希细胞（Leydig cells, LCs）是睾酮生成和维持男性生殖功能的主要细胞；然而，它们的活性极易受到氧化应激（OS）引起的损伤。越来越多的证据表明，过量的活性氧（ROS）会破坏氧化还原平衡，损害线粒体功能，并干扰关键的类固醇生成过程，最终导致LCs衰老。本文综述了OS诱导的LCs功能障碍的分子机制，特别强调了线粒体损伤、DNA损伤反应以及主要信号通路（包括SIRT1/Nrf2、PI3K/Akt/mTOR、MAPK和FOXO）的作用。此外，我们还探讨了与衰老相关的分泌表型和炎症介质对LCs功能障碍的放大作用及其对男性亚生育能力的影响。文章还讨论了新兴的治疗策略，包括基于抗氧化剂的化合物、纳米制剂以及调节氧化还原平衡、炎症、细胞凋亡和类固醇生成的目标药物。这些发现为保护LCs功能并改善男性生殖健康提供了新的机制框架。

引言

睾丸对动物物种的生存至关重要，主要由生精小管和莱迪希细胞（LCs）组成。LCs是存在于睾丸生精小管周围间质组织中的内分泌细胞，负责产生超过90%的男性睾酮（Dudek等人，2017年；Leisegang和Henkel，2018年）。LCs合成的睾酮在整个生殖周期中对男性发育有多种影响。特别是在胎儿阶段，生殖道和外生殖器的形态发生以及睾丸迁移到阴囊的过程都依赖于胎儿LCs分泌的睾酮。在青春期，睾酮对于精细胞的发育、维持血-睾丸屏障的结构完整性和保证生育能力至关重要（Riris等人，2021年）。正常男性生理状态下的LCs遵循一个明确的发育路径，从胎儿LCs的分化开始，到青春期时被成人LCs替代。这些细胞负责维持促进精子生成的激素环境（Liu等人，2021年）。然而，LCs功能出现问题会导致睾酮水平降低，从而引发多种男性不育问题。循环中睾酮水平的下降——这是晚发性性腺功能减退症的标志——还会因癌症治疗、代谢疾病和环境内分泌干扰物等并发症而进一步加重（Dandona和Rosenberg，2010年）。

雄激素缺乏可能由外部因素或内部应激状态引起，包括氧化应激（OS）和炎症反应（Bobjer等人，2013年）。显然，与OS相关的疾病会影响男性生育能力，导致男性生殖功能下降和睾丸功能障碍（Silva等人，2020年）。活性氧（ROS）的形成和细胞内抗氧化平衡的紊乱会导致OS（Sinha等人，2013年），进而损害LCs的功能，影响精子生成和类固醇激素的产生（Majrashi等人，2020年；Monageng等人，2023年）。

LCs与睾丸巨噬细胞的邻近性使它们容易受到ROS的破坏性影响（Riris等人，2021年）。激活的巨噬细胞不仅能够对抗入侵微生物，还会使周围组织和细胞暴露于OS中（Diemer等人，2003年）。此外，LCs位于血管间质组织中，因此它们通过产生趋化因子和细胞因子在先天免疫反应中发挥关键作用，这些因子可以保护LCs免受感染或潜在损伤（Zhang等人，2018年）。LCs也容易受到ROS的损伤，因为它们在睾酮合成过程中会产生大量ROS（Hanukoglu，2006年）。

因此，当ROS引起的氧化损伤超过抗氧化剂的清除能力时，LCs就会受到影响。这会导致精子生成和类固醇生成严重受损，最终可能导致男性亚生育能力（Riris等人，2021年）。研究表明，OS通过增加脂质过氧化物、诱导细胞凋亡、干扰线粒体活性以及减少LCs的睾酮释放来损害睾丸细胞（Agarwal等人，2019年）。

尽管OS对生育能力有显著影响，并且是细胞损伤和衰老的主要来源（Yang等人，2020年），但目前尚不清楚氧化应激究竟是如何导致睾丸细胞衰老的。传统上，细胞衰老被定义为细胞周期的停止，这是对压力或损伤的反应，并会导致多种细胞内表型变化（Suryadevara等人，2024年）。此外，这一过程还会影响免疫功能、组织修复、胚胎发育和认知功能（Bussian等人，2018年；Li等人，2024年）。

多种因素，如基因组不稳定、氧化损伤和端粒缩短，是细胞衰老的强大驱动因素（Gorgoulis等人，2019年）。这种生理状态的特点是细胞周期永久停止和基因组不稳定，通常表现为持续的DNA损伤焦点。该状态的标志包括衰老相关的β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性升高和促炎SASP的建立；以及与衰老相关的分泌表型（Kowald等人，2020年）。尽管有大量关于OS和男性生殖功能障碍的文献，但现有的综述主要集中在ROS生成的一般机制、抗氧化防御系统或精子生成的激素调节上（Kaltsas等人，2023年；Pavuluri等人，2024年；Romano等人，2023年；Takalani等人，2023年）。然而，将OS诱导的分子变化与LCs衰老及其对男性亚生育能力的下游影响联系起来的综合研究仍然有限。此外，新兴证据强调了包括Sirtuin 1（SIRT1）/核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和Forkhead box O（FOXO）在内的相互关联通路的作用，以及线粒体和DNA损伤反应在介导LCs衰老中的作用。此外，最近在治疗策略方面的进展，特别是纳米制剂和靶向通路干预措施，尚未在此背景下得到系统整合。因此，本文旨在提供关于OS驱动的LCs功能障碍的更新和全面的综述，强调与衰老相关的机制和新兴的治疗方法，从而弥合现有知识空白，并为未来的研究和临床应用提供转化视角。

章节摘录

方法

本叙述性综述旨在全面概述OS在LCs功能障碍和衰老中的作用，以及新兴的治疗方法。我们使用了PubMed、Web of Science、Scopus和Google Scholar等主要电子数据库来检索现有文献。

为了确保相关研究的全面检索，使用了以下关键词及其布尔组合：“Leydig cells”、“oxidative stress”等。

发育

从干细胞LCs（SLCs）分化为成人LCs（ALCs）是一个多阶段过程，称为LCs发育。男性性分化和睾酮合成依赖于这一过程。胎儿LCs（FLCs）和成人LCs是两种不同的LCs群体，虽然具有相似的前体细胞，但起源不同。在性别决定后，FLCs位于睾丸的间质中，几天后会被ALCs取代。胎儿和成人LCs的基因表达模式有所不同。

氧化应激与莱迪希细胞功能障碍

ROS的产生与清除能力之间的失衡称为OS（Pizzino等人，2017年）。在线粒体内，部分氧气还原会产生这些氧化产物（ROS），它们包括自由基和非自由基形式的氧（Ray等人，2012年）。氧化损伤与多种疾病和病理状况有关（Birben等人，2012年）。例如，轻微的氧化反应可能导致细胞...

莱迪希细胞衰老与亚生育能力

如前所述，LCs是产生睾酮的主要细胞，而睾酮对精子生成和维持生育能力至关重要（Smith和Walker，2014年）。衰老状态会显著影响LCs的寿命和功能，使细胞失去分裂能力。这种情况可能由多种复杂因素引起（Salama等人，2014年）。DNA损伤、细胞形态改变（包括体积增大）等也是导致衰老的原因...

治疗策略

为了对抗或改善与LCs功能障碍相关的睾酮生成下降，已经探索了多种治疗/干预方法，包括生活方式调整、药物疗法和再生策略。这些干预措施旨在恢复内分泌平衡、增强类固醇生成和/或减轻OS引起的细胞损伤。

转化挑战与临床前景

尽管在临床前研究中显示出有希望的治疗效果，但在实验发现与人类临床应用之间存在显著的转化差距。本文讨论的大多数干预措施，包括天然化合物、纳米制剂和靶向通路的药物，主要在啮齿动物模型或体外系统中进行了评估，仅在有限的人体研究中得到了验证。虽然某些药物（如褪黑素）...

结论与未来展望

通过调节睾酮生成和促进精子形成，LCs对维持男性生殖健康至关重要。越来越多的证据表明，OS是LCs功能障碍的主要驱动因素，其作用机制包括类固醇生成受损、线粒体功能障碍、炎症和细胞衰老。特别是OS与衰老之间的相互作用被认为是年龄相关性性腺功能减退症的关键机制...

资助

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

CRediT作者贡献声明

Arwa A. Hassan：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、研究、数据管理、概念化。Sara M. Baraka：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、软件使用、研究、数据管理、概念化。Doaa A. Mansour：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、研究、概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本综述文章工作的竞争性财务利益或个人关系。