猪精液17℃保存的质量控制及耐受氧化应激的机制研究

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高质量的猪精液是养猪产业降本增效的关键因素。然而,对猪精液质量控制的关键环节缺乏系统的研究。此外,猪精液质量随17℃保存时间的延长呈现持续下降的趋势,氧化应激被认为是导致精液质量下降的重要因素,而氧化应激造成猪精子质量和功能损伤的机制仍不清楚。在此背景下,本研究通过分析公猪品种和年龄、精液保存温度、精液运输过程中温度变化和细菌污染等因素对精子质量和功能的影响,以明确猪精液质量控制的关键环节;通过对17℃保存中猪精子质量和功能、氧化应激水平以及AMPK活性之间的关系进行探索,以揭示保存过程中氧化应激的来源及精子应答氧化应激的机制。本研究主要内容如下:一、猪精液17℃保存的质量控制为明确猪精液质量控制的关键环节,本研究:①收集公猪站254头在役的不同品种公猪的1948份精液样品的质量参数,对公猪品种和年龄与精液质量的关系进行分析;②将猪精液样品分别置于17℃、室温(22℃)和37℃条件下保存24 h,研究保存温度对猪精液质量的影响;模拟夏季高温运输过程,分析运输过程中温度的变化对精液质量的影响;③在精液17℃保存5天的过程中检测精子质量及精液中菌落数,分析细菌污染对精液质量的影响。使用CASA、流式细胞术和Western Blot等方法分别检测了猪精子质量与功能及精子AMPK、凋亡和热休克相关蛋白的表达量。结果显示,①公猪的品种和年龄对精液质量没有显著影响(P>0.05)。②精液采集后,在37℃下保存与17℃和室温相比,显著损伤了猪精子运动参数和质膜完整性(P<0.05),且在保存18h后显著促进了精子早期凋亡向晚期凋亡的转化(P<0.05)。夏季高温(37℃)条件下运输猪精液显著损伤了猪精子质量,尤其是从30℃到37℃升温的过程中,精子活率和活力均出现显著下降(P<0.05)。与17℃恒温运输相比,温度的变化导致了精子晚期凋亡率的显著升高(P<0.05)。精子可能通过调节AMPK的磷酸化水平影响凋亡相关蛋白及热休克蛋白的表达量,以应答保存温度的变化。③17℃保存过程中,精液质量显著下降(P<0.05),精液中菌落数在保存3天后显著升高(P<0.05),且与精子活率(R=-0.850,P<0.01)、活力(R=-0.733,P<0.01)和保存时间(R=0.898,P<0.01)显著相关。综上,保存和运输过程中的温度及保存过程中的细菌污染是猪精液质量控制的关键环节。二、猪精子17℃保存中发生氧化应激的主要原因为了揭示猪精液17℃保存中发生氧化应激的主要原因,试验采集9头在役的不同品种公猪的精液48份,分别使用反复冻融(方法A)和低渗处理(方法B)的方法杀死精子并离心获得稀释液A和B,使用不同体积比例的稀释液A和B重悬猪精子,以精浆和BTS重悬的精液及原精液样品作为对照,探索17℃下保存3天的过程中氧化应激的主要来源。结果显示,随保存时间的延长,所有稀释液和稀释倍数处理均显著损伤了精子活率和活力(P<0.01)及质膜完整性(P<0.05)。低渗处理(B)比反复冻融(A)精子释放的物质引起的精子脂质过氧化水平和细胞内活性氧族(ROS)水平更高(P<0.05)而精液总抗氧化物(TAC)水平更低(P<0.05),因此更不利于精子的存活。稀释液和稀释倍数对猪精子质量和氧化应激水平的影响有相互作用。相关性分析表明,精液TAC水平与精子质膜完整性正相关(R=0.147,P<0.05),与精子凋亡水平负相关(R=0.183,P<0.05)。表明精子死亡的过程中向精液中释放有害物质,并可能通过引起细胞内ROS水平升高或细胞膜脂质过氧化造成活精子质量和功能的损伤,而精液中的TAC可能在对抗以上损伤中发挥积极作用。三、猪精子17℃保存中耐受氧化应激的机制为探明17℃保存过程中猪精子耐受氧化应激的机制,本研究将猪精液样品在17℃恒温条件下保存7天,利用CASA、流式细胞术、试剂盒和Western Blot等方法分别检测了猪精子质量与功能、氧化/抗氧化物水平及细胞内AMPKα磷酸化水平等指标。结果显示,随保存时间的延长,猪精子活力、顶体膜完整性和线粒体膜完整性显著下降(P<0.05),精子细胞内ROS水平显著升高(P<0.05)。精浆TAC水平显著下降(P<0.05),精浆GPX-5含量和精子SOD活性显著升高(P<0.05)。精子AMPKα磷酸化水平显著升高(P<0.05)。精子质量与所在环境中的氧化和抗氧化水平显著相关(P<0.05),而AMPKα磷酸化水平与精子和精浆中的氧化和抗氧化物水平显著相关(P<0.05)。为进一步验证氧化应激能否激活AMPK,向猪精液中添加不同浓度的H2O2(0、0.1、0.2和0.4 μM)并于17℃下保存4天。结果显示,氧化应激引起了精子质量的明显下降(P<0.05),活精子细胞内ROS 水平显著升高(P<0.05),精浆中TAC水平显著下降(P<0.05),精子SOD活性明显上升(P<0.05)。氧化应激处理显著激活了精子AMPKα(P<0.05),且AMPKα上游激酶LKB-1和CaMKKβ表达显著升高(P<0.05)。综上,在猪精液17℃保存过程中氧化应激造成了精子质量和功能的损伤,遭受氧化应激时,精子通过LKB-1和CaMKKβ途径激活AMPK。
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