种公畜的健康对于畜牧业的发展至关重要。精子发生是一个复杂又高度有序的过程,对外界刺激具有高度的敏感性。环境污染已成为影响雄性生育能力的主要因素之一。六价铬是环境十大污染物之一,也是公认的一种内分泌干扰物和生殖毒物。由于工业化的快速发展,环境中六价铬的浓度急剧上升。铬污染的废水以及铬渣的堆放会污染地下水,也会污染江河湖泊,进而危害农田、水产、家畜和人体的健康。研究表明,过度接触六价铬会对雄性生殖健康构成严重威胁。六价铬暴露会引起睾丸萎缩,精子发生障碍和精液质量降低,甚至不育等严重后果。然而,六价铬诱导雄性生殖障碍具体的损伤过程及其网络调控机制还未得到系统的探究。作为一种内源性抗氧化剂,褪黑素具有强大的抗氧化和抗炎症特性,成为治疗多种疾病的潜在候选者。褪黑素预处理对六价铬诱导的生精损伤的缓解作用及其表观调控机制尚不清楚。本研究通过对小鼠腹腔注射六价铬,利用组织学形态鉴定、免疫荧光和CASA等方法,探究六价铬暴露后一个生精周期(35天)内雄性生殖系统损伤的发生发展进程,同时评估褪黑素对六价铬诱导生殖损伤的预保护效果。结合体外细胞试验,深入探究六价铬暴露对生殖细胞损伤的调控网络,以及从表观修饰的角度解析褪黑素对六价铬诱导生殖细胞毒性的预保护机制。本研究的主要结果如下:(1)六价铬暴露对小鼠睾丸造成持续性损伤到给药后第21天,随后开始逐渐恢复,到第35天呈现明显恢复状态。六价铬暴露后各类生精细胞大量缺失,管腔空泡化,皱缩甚至出现只含支持细胞的空管。六价铬处理可Sediment ecotoxicology迅速触发分化精原细胞和精母细胞的凋亡;支持细胞抗性最强,数量没有受到影响但破坏了细胞间的血睾屏障。附睾尾精子质量在六价铬暴露后骤降,持续到给药结束后第21天,随后缓慢恢复。(2)褪黑素预处理明显抑制了六价铬诱导的睾丸损伤,促进生精恢复,到给药后第35天几乎恢复至正常水平。PS-341纯度在小鼠睾丸中,褪黑素一方面能促进未分化精原细胞自我更新以应对六价铬引起的大量生精细胞缺失;另一方面,褪黑素能有效抑制六价铬诱导的生殖细胞凋亡。同时,褪黑素有助于维持血睾屏障的完整性并加速其重建。在小鼠附睾尾精子中,褪黑素预处理能显著抑制六价铬诱导的精子活力和密度的降低以及精子畸形率的升高,改善精子质量。通过配种试验证实褪黑素的添加保护了雄性小鼠的生育能力。(3)六价铬暴露诱导小鼠未分化精原细胞ROS累积,引起线粒体融合和分裂基因异常表达,造成线粒体动态失衡。同时,六价铬通过下调METTL3降低了整体m6A水平,减少了线粒体融合基因Mfn2和Opa1以及线粒体自噬基因Bnip3和Nix上的m6A富集水平,诱导线粒体自噬。(4)六价铬诱导的ROS累积也会激活HIF1α-BNIP3通路,调控小鼠未分化精原细胞发生线粒体自噬。六价铬除了下调METTL3的表达外,m6A识别蛋白YTHDF2的表达也发生下调。YTHDF2能直接与Hif1α和Bnip3 m RNA互作,并以m6A依赖的方式介导Hif1α和Bnip3 m RNA的衰减,参与六价铬诱导的线粒体自噬。(5)褪黑素预处理能抑制六价铬诱导的细胞活STM2457力降低和活性氧累积。褪黑素通过恢复METTL3介导的RNA m6A修饰,激活线粒体融合蛋白MFN2和OPA1表达以及抑制线粒体自噬BNIP3/NIX受体介导的通路,以保护小鼠未分化精原细胞免受六价铬诱导的线粒体自噬。(6)六价铬诱导小鼠分化精原细胞DNA损伤、周期阻滞和凋亡。褪黑素可通过消除ROS和抑制ATM-p53磷酸化和MAPK通路来缓解六价铬诱导的精原细胞损伤。同时,褪黑素能抑制六价铬引起的H3K9me3在细胞周期基因Mad1和Mad2以及凋亡相关基因Bcl2启动子区的富集,从而阻止精原细胞周期阻滞和凋亡。(7)六价铬暴露诱导猪未分化精原细胞发生线粒体自噬、铁死亡和凋亡。六价铬分别激活了线粒体自噬和铁死亡通路,共同促进猪未分化精原细胞凋亡。褪黑素预处理能有效抑制六价铬对猪未分化精原细胞的损伤。综上所述,本研究系统评估了六价铬对雄性生殖系统的损伤,解析了六价铬诱导精原细胞损伤的机理。同时,从活体和细胞水平证实了褪黑素能抵抗六价铬诱导的生殖损伤,具有良好的预防效果。本研究不仅有助于理解环境污染背景下的生殖障碍,为治疗家畜繁殖疾病,提高家畜繁殖力以及家畜健康养殖提供理论参考,同时也为临床预防和治疗环境污染引起的雄性不育提供理论依据。