雄性精子发生及精液品质的优劣是影响繁殖效率的重要因素。热应激导致雄性繁殖性能下降,主要体现在对精子发生和精子活力两方面的影响,前者导致精子数量下降,后者导致有效精子数减少,受精率低。在精子发生过程中,睾丸支持细胞主要为生殖细胞提供发育所必须的营养物质,并吞噬凋亡生殖细胞。线粒体是真核生物进行氧化代谢的场所,糖原合成激酶3α(glycogen synthase kinase 3α,GSK3α)参与线粒体功能的调节。研究表明,GSK3α也参与精子活力的调节。然而,热应激状态下,GSK3α在睾丸支持细胞代谢和精子活力调节中的作用及其机制尚不明确。因此,本实验结合体内外研究,探究热应激情况下,GSK3α对睾丸支持细胞代谢和精子活力的调节及机制。1 GSK3α在热应激影响睾丸支持细胞吞噬和代谢中的作用及机制本实验通过对Bαlb/c雄性性成熟小鼠42℃水浴建立热应激模型,探究热应激情况下,GSK3α在睾丸支持细胞吞噬和代谢中的调节作用及机制。结果发现,睾丸中仅支持细胞GSK3α在Ser21位点磷酸化,即GSK3α活性被抑制。热应激导致睾丸支持细胞GSK3α磷酸化水平显著降低,尾静脉注射GSK3α抑制剂SB216763能够显著减少热应激后睾丸中凋亡生殖细胞的数量。推测支持细胞中GSK3α的活性可能与其吞噬凋亡生殖细胞的能力有关。以小鼠支持细胞细胞系TM4细胞为模型,发现热应激导致支持细胞吞噬能力显著降低,GSK3α抑制剂可缓解热应激对支持细胞特异性吞噬能力的影响。进一步研究发现热应激导致支持细胞线粒体功能紊乱,主要体现在线粒体膜电位降低和线粒体分裂减少。早期研究证实线粒体分裂与细胞吞噬能力有直接关系,且Drp1参与线粒体分裂的调节。通过蛋白质免疫共沉淀证实热应激状态下,GSK3α激活可诱导Drp1 Ser637位点的磷酸化,从而抑制线粒体分裂。线粒体功能紊乱导致支持细胞脂滴积累,甘油三酯含量显著升高。综上所述,GSK3α激活参与热应激降低支持细胞吞噬能力和诱发代谢紊乱的过程,这一过程与线粒体膜电位下降及线粒体分裂减少有关。2 GSK3α在热应激影响精子线粒体功能和活力中的作用及机制早期研究表明,GSK3α Ser21位点的磷酸化水平与精子活力呈正相关关系,推测热应激对精子活力的影响可能与GSK3α调节线粒体功能和ATP合成有关。为证明此假说,本实验利用成熟猪精子为模型,探究热应激对线粒体功能和精子活力的影响及GSK3α的作用。结果表明,热应激6 h导致前进运动精子比例显著降低及线粒体功能紊乱,主要体现在线粒体膜电位显著下降、线粒体电子呼吸链复合物Ⅰ和Ⅳ活性显著降低及ATP含量减少,外源ATP添加逆转热应激对精子活力的影响,表明ATP减少是导致精子活力降低的关键因素。在分子水平上,热应激导致线粒体蛋白含量显著降低,如线粒体中细胞色素c氧化酶亚基4(COX4)显著降低。进一步研究发现热应激导致GSK3α Ser21磷酸化水平显著降低,GSK3α抑制剂CHIR99021可逆转热应激对精子活力和线粒体功能的影响。综上所述,热应激诱导GSK3α去磷酸化从而被激活,引起线粒体功能及ATP的合成障碍,最终导致精子活力降低。