Abstract
Este estudio investiga el mecanismo que subyace al efecto de mejora de la fertilidad del zinc en ratas obesas utilizando la proteómica. Se estudiaron los efectos de tres dosis diferentes de ZnSO4 sobre la espermatogénesis y los niveles hormonales. La espermatogénesis testicular se observó mediante tinción HE. Los niveles séricos de estrógenos y testosterona se midieron mediante inmunoensayo de micropartículas quimioluminiscentes. El análisis proteómico de los espermatozoides se realizó mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas. Se utilizó la base de datos DAVID para realizar el análisis de enriquecimiento GO y el análisis de vías KEGG de los genes expresados diferencialmente, y la base de datos en línea STRING se utilizó para construir una red PPI. El recuento de espermatozoides, la motilidad espermática y las hormonas de la testosterona del grupo de ratas tratadas con ZnSO4 aumentaron. El ZnSO4 mejoró la estructura testicular y las anomalías de la espermatogénesis causadas por la obesidad. El análisis proteómico mostró que había 401 proteínas expresadas diferencialmente en un total de 6 muestras de esperma del grupo tratado con ZnSO4 y de los grupos con obesidad. Las proteínas diferenciales se introdujeron en el sitio web DAVID. A continuación, las 341 proteínas identificadas se clasificaron según sus funciones biológicas. El análisis KEGG mostró que las vías de señalización enriquecidas incluían la glucólisis/gluconeogénesis, el metabolismo del carbono, el ciclo del citrato, el metabolismo de los ácidos grasos y el metabolismo del piruvato. Algunas proteínas se mostraron asociadas a las vías de degradación de la valina, la leucina y la isoleucina. El análisis STRING obtuvo 36 proteínas de nodo. El análisis Cytoscape mostró que estas proteínas participaban principalmente en nueve redes que incluían procesos metabólicos, oxidación-reducción, respiración aeróbica, empalme de ARN y conjugación de glutatión. El ZnSO4 puede mejorar la fertilidad de las ratas macho obesas mediante la regulación de la expresión de proteínas relacionadas con el metabolismo, la inflamación y la maduración del esperma.
1. Introducción
La obesidad se asocia con la infertilidad masculina. Hay una cierta consistencia temporal entre el aumento de la tasa de infertilidad masculina, la disminución de la calidad del semen, y el aumento de la tasa de obesidad . La obesidad conduce a cambios patológicos en la ultraestructura testicular, y la apoptosis de las células espermatogénicas aumenta significativamente . La disminución del número de espermatozoides maduros puede ser una de las razones que conducen a la baja capacidad espermatogénica de las personas obesas.
Hay trastornos del metabolismo de los oligoelementos en las personas obesas. El nivel perturbado del metabolismo de los oligoelementos en el cuerpo inducirá los efectos correspondientes en el metabolismo de los lípidos. En el sistema reproductor masculino, los iones de zinc se distribuyen principalmente en los testículos, el epidídimo, la próstata y el semen. El zinc es un marcador de la función de la próstata. Además, regula la función de los espermatozoides, actúa como cofactor de la mayoría de las reacciones enzimáticas y ayuda a mantener la motilidad de los espermatozoides. El zinc también desempeña un papel importante en el desarrollo testicular y la formación de los espermatozoides . La deficiencia de zinc aumenta significativamente la apoptosis de las células germinales en los testículos de los ratones y provoca la detención de la espermatogénesis y daños en la fertilización . Los estudios han demostrado que los hombres obesos tienen 3,5 veces más probabilidades de padecer oligozoospermia que los hombres con peso normal . Los suplementos de zinc pueden reducir el peso de los obesos. El estado de la glucosa en sangre (glucemia en ayunas), los parámetros lipídicos en sangre (colesterol total, nivel de triglicéridos, colesterol de lipoproteínas de alta densidad y colesterol de lipoproteínas de baja densidad) y la presión arterial mejoran tras la administración de suplementos de zinc . El preparado de zinc por vía oral puede mejorar el contenido de zinc en el plasma seminal, promover la transformación de la proteína nuclear de los espermatozoides (es decir, de lisina a arginina) e inhibir la despolimerización prematura del núcleo de los espermatozoides. Puede mejorar la motilidad de los espermatozoides y la calidad del semen de los pacientes infértiles sin efectos secundarios evidentes. Sin embargo, la aplicación de la proteómica en la comprensión de los efectos del tratamiento con ZnSO4 en las proteínas de los espermatozoides en la obesidad es todavía limitada y se requiere una mayor exploración.
En este estudio, se investigaron los efectos de tres dosis diferentes de ZnSO4 en la espermatogénesis y los niveles hormonales de las ratas obesas. El mecanismo subyacente a este efecto se analizó además mediante un análisis proteómico.
2. Materiales y métodos
2.1. Animales
Las ratas Sprague Dawley de 7 semanas de edad (con un peso de 180-200 g) se adquirieron en el Centro de Animales Experimentales de la Universidad Médica de Hebei. Se mantuvieron en un ciclo de luz y oscuridad de 12 h en una sala con aire controlado (temperatura, ; humedad, ) con libre acceso a agua y comida para animales. Todos los procedimientos de experimentación animal fueron aprobados por el Comité de Ética del Instituto de Ciencia y Tecnología de Planificación Familiar de Hebei.
2.2. Establecimiento del modelo de obesidad, agrupación de animales y toma de muestras
Las ratas se dividieron aleatoriamente en dos grupos: grupo de alimentación normal (15 animales por grupo) y grupo de modelo de obesidad (30 animales por grupo). Cada grupo fue alimentado con las dietas correspondientes durante 8 semanas, es decir, una dieta de chow normal para el grupo normal y una dieta alta en grasas para el grupo modelo de obesidad. El peso corporal de las ratas se pesó semanalmente y se registró durante 8 semanas. El modelo de obesidad se consideró exitoso cuando el peso corporal medio del grupo modelo fue 1,2 veces superior al del grupo de control. Se midió la longitud de las ratas (desde la punta de la nariz hasta el ano) y se calculó el índice de Lee mediante la fórmula .
Tras el establecimiento del modelo de obesidad, las ratas modelo se dividieron aleatoriamente en dos grupos: el grupo de obesidad y el grupo tratado con ZnSO4. Las ratas del grupo tratado con ZnSO4 recibieron ZnSO4 (Tianjin Yongda Chemical Reagent Company Limited) (3,2 mg/kg/d) durante 4 semanas por vía oral. Al final del experimento, se midieron el peso corporal, el peso testicular, el peso del epidídimo y la grasa peritesticular de cada grupo, y se tomó sangre de la aorta abdominal. Se recogieron muestras de esperma del epidídimo caudal. Se extrajeron los testículos.
2.3. Recuento de esperma y motilidad de los espermatozoides
El epidídimo izquierdo de cada rata se cosechó inmediatamente después del sacrificio y se transfirió a un tubo que contenía 1 mL de solución salina caliente (37°C). A continuación se agitaron a 37°C durante 5 min para permitir la dispersión de los espermatozoides. Se transfirieron aproximadamente 10 μL de suspensión espermática diluida a cada cámara de recuento del hemocitómetro para determinar la concentración y la motilidad de los espermatozoides. La motilidad se midió como el porcentaje de espermatozoides móviles (grado a+b) entre el total de espermatozoides.
2.4. Determinación de la glucosa sérica en ayunas, los lípidos sanguíneos y la insulina
Los niveles de colesterol total, triglicéridos, lipoproteínas de baja densidad y lipoproteínas de alta densidad en suero se midieron en un analizador Siemens Centaur XP mediante un kit de inmunoensayo de micropartículas quimioluminiscentes (Medical System Biotechnology Co., LTD). La glucosa sérica en ayunas se midió con un kit de detección de glucosa (Medical System Biotechnology Co., Ltd., Ningbo, China) en un analizador ACCUTE TBA-40FR (Toshiba Medical Systems Co., Tokio, Japón). Los niveles séricos de insulina se determinaron mediante inmunoensayo de quimioluminiscencia en un sistema UniCel DxI 800 (Beckman Coulter, CA, EE.UU.) con los reactivos correspondientes (Beckman Coulter, CA, EE.UU.).
2.5. El nivel de leptina se determinó mediante kits ELISA (Multisciences Biotech Co., Ltd., Hangzhou, China). Tras la finalización de la reacción, se leyó la absorbancia a 450 nm.
2.6. Tinción HE
Los testículos se fijaron en solución de Bouin durante una noche. A continuación, los testículos se deshidrataron con alcohol y se incrustaron en parafina. Las muestras se seccionaron a 5 μm de grosor y se tiñeron con tinción HE. La espermatogénesis testicular se observó bajo un microscopio de luz.
2.7. Medición de las hormonas andrógenas
Los niveles de estrógeno y testosterona en suero se midieron en un analizador Siemens Centaur XP mediante inmunoensayo de micropartículas quimioluminiscentes. El kit de detección se adquirió de Siemens Healthcare Diagnostic Inc. y Cayman Chemical, Michigan, EE.UU.
2.8. Cromatografía líquida-espectrometría de masas
Las muestras de proteínas de esperma utilizadas en este estudio procedían de los tres grupos (grupo normal, grupo del modelo de obesidad y grupo tratado con ZnSO4). Las muestras de esperma se recogieron del epidídimo caudal. Brevemente, las proteínas se extrajeron con un tampón de lisado con 8 M de urea, 10 mM de DTT y un inhibidor de la proteasa. Se realizó una sonicación durante 3-5 minutos. El sobrenadante se recogió tras una centrifugación a 20000 g durante 10 min a 4°C, y las proteínas se cuantificaron con el método de Bradford. Las proteínas extraídas se incubaron con 100 mM de TEAB a 100 μL y luego con 200 mM de TCEP a 55°C durante 1 h. Después se añadieron 5 μL de 375 mM de yodoacetamida (IAA). Tras la incubación en la oscuridad durante 30 min, se añadió acetona preenfriada y se incubó toda la noche a -20°C. El sobrenadante se eliminó cuidadosamente tras centrifugar a 8000 g a 10°C durante 10 min, y el lisado se dejó a temperatura ambiente durante 2-3 min para que se secara. Por último, se mezclaron 100 μg de proteína, 100 μL de solución TEAB de 100 mM y la proporción de enzima tripsina (1 : 50) y se realizó la digestión enzimática durante la noche a 37°C.
Cromatografía líquida-espectrometría de masas: se tomaron muestras parcialmente digeridas y se disolvieron en la solución A (2% ACN/98% H2O/0,1% FA). Después de centrifugar a 20000 g durante 30 minutos, se tomó el sobrenadante y se detectó la secuencia de la proteína mediante el espectrómetro de masas EASY-nLC liquid phase-Q Exactive (American Thermo Fisher).
Las condiciones de la espectrometría de masas fueron 90 min para el tiempo de adquisición de datos, 2 kV para el voltaje de pulverización, 320°C para la temperatura del capilar, 27% para la energía de colisión normalizada y 300-1400 Da para el rango de masas de recogida. Los parámetros primarios fueron 70000 para la resolución, 36 para el objetivo AGC, 60 ms para el TI máximo y el perfil para el tipo de datos del espectro. Los parámetros secundarios fueron 17500 para la resolución, 54 para el objetivo AGC, 80 ms para el IT máximo y 3,0 m/z para la ventana de aislamiento.
2,9. Recuperación de datos
En el motor de búsqueda de MaxQuant 1.5.2.8, el primer error es de 20 ppm, el segundo error es de 0,02 Da. La modificación fijada es la siguiente. La cisteína se modifica a Carbamidometil-Cys, y la modificación variable es la siguiente: Oxidación-M, LisisC o Tripsina, o digestión Glu-C. La digestión enzimática permite hasta 2 sitios faltantes. El relleno de los datos, la normalización y el cribado de las diferencias () se realizaron utilizando la configuración estándar del software Perseus. Se identificaron y cuantificaron un total de 1344 proteínas en 6 muestras de ambos grupos. Se obtuvo información cualitativa y cuantitativa del grupo Zn y G sobre las proteínas diferenciales. El software Perseus realizó una prueba y un análisis de significación sobre los resultados cuantitativos y las proporciones de las proteínas. La lista de proteínas diferenciales obtenida es la siguiente: se obtuvieron un total de 401 proteínas diferenciales significativas mediante los resultados del -test y los resultados del análisis de distribución diferencial.
2.10. GO (Gene Ontology) y KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) Analysis
La proteína diferencial se importó en el sitio web DAVID (Functional Annotation Bioinformatics Microarray Analysis) (https://david.ncifcrf.gov/) para la extracción bioinformática básica. Las herramientas web proporcionadas por el DAVID se utilizaron para buscar los términos de anotación funcional y las vías que estaban enriquecidas en las proteínas identificadas anteriormente, incluyendo el componente celular, la función molecular y el proceso biológico.
2.11. Análisis de la red de interacción de proteínas
Las proteínas diferenciales examinadas se importaron a la base de datos en línea STRING (https://string-db.org/) para su análisis. Se dibujó el mapa de la red de interacción génica diferencial. Los datos de la red interactiva se exportaron al software Cytoscape 3.2 para determinar la proteína del nodo central de la red.
2.12. Análisis estadístico
Los datos se mostraron como . El análisis estadístico se realizó en SPSS22.0 utilizando un análisis de varianza (ANOVA) de una vía con un valor < 0,05 considerado estadísticamente significativo.
3. Resultados
3.1. Parámetros del semen y cambios en el nivel de la hormona testosterona en los espermatozoides tras el tratamiento con ZnSO4
En comparación con el grupo de control, el peso corporal, la grasa peritesticular, el índice de Lee, los colesteroles totales, los triglicéridos, la lipoproteína de alta densidad y la leptina de las ratas del grupo de obesidad y la leptina de las ratas del grupo tratado con ZnSO4 aumentaron significativamente. En comparación con el grupo de control, la lipoproteína de baja densidad de las ratas del grupo de obesidad disminuyó significativamente. En comparación con el grupo de obesidad, el peso corporal, la grasa peritesticular y el índice de Lee disminuyeron en el grupo tratado con ZnSO4, y la diferencia fue estadísticamente significativa (Tabla 1). Para detectar los efectos del ZnSO4 en la fertilidad de las ratas, se evaluó primero cada grupo de parámetros del semen según los criterios de la OMS de 2010. El número de espermatozoides y la motilidad espermática se inhibieron en el grupo de obesidad, como se muestra en la Tabla 2. En comparación con el grupo de obesidad, el número de espermatozoides y la motilidad espermática de las ratas tratadas con ZnSO4 aumentaron, lo que sugiere que el ZnSO4 mejora los parámetros del semen en las ratas obesas. La obesidad en sí misma puede causar un aumento de los lípidos en sangre, pero nuestros resultados mostraron que los niveles de glucosa, lípidos en sangre e insulina no alcanzaron el nivel de la diabetes. Se puede considerar que se excluyeron los factores de confusión de las complicaciones diabéticas. Además, detectamos el nivel de testosterona en suero. Los resultados mostraron que las hormonas de testosterona aumentaron en el grupo tratado con ZnSO4 en comparación con el grupo de obesidad (Tabla 2). Así pues, el tratamiento con ZnSO4 podría mejorar la calidad del semen de las ratas obesas.
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Nota: # en comparación con el control normal; en comparación con la obesidad.
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Nota: En comparación con el control normal; en comparación con la obesidad.
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3.2. El tratamiento con ZnSO4 mejora la recuperación del deterioro testicular inducido por la obesidad
Sucesivamente, realizamos el análisis histológico del tejido testicular y los resultados se muestran en la Figura 1. Según la histología testicular, el grupo normal mostró una espermatogénesis normal (Figuras 1(a) y 1(d)), mientras que el grupo de obesidad mostró una espermatogénesis alterada, ya que el lumen del túbulo seminífero estaba casi vacío (Figuras 1(b) y 1(e)). Como esperábamos, el grupo tratado con ZnSO4 mostró una mejora significativa en comparación con el grupo de obesidad en la histología de los testículos, con la aparición de células de Sertoli y Leydig normales y una espermatogénesis no interrumpida (Figuras 1(c) y 1(f)). Por lo tanto, el ZnSO4 puede mejorar la estructura testicular y las anomalías de la espermatogénesis causadas por la obesidad.
3.3. Clasificación de 341 proteínas de los espermatozoides mediante bioinformática: Componente Celular, Función Molecular y Proceso Biológico
Para determinar las proteínas expresadas diferencialmente, se realizó un análisis proteómico. Se identificaron y cuantificaron un total de 1344 proteínas en un total de 6 muestras de esperma del grupo tratado con ZnSO4 y del grupo de obesidad. El programa informático Perseus realizó una prueba y un análisis de significación diferencial sobre los resultados cuantitativos y las proporciones de las proteínas. Se obtuvo un total de 401 proteínas significativas. Las proteínas diferenciales se introdujeron en el sitio web DAVID para las diferencias en la función de las proteínas del grupo tratado con ZnSO4 y del grupo de obesidad. En la clasificación GO, se analizaron 371 proteínas, y 30 proteínas no correspondían. A continuación, las 341 proteínas identificadas se clasificaron según sus funciones biológicas. Se utilizaron las herramientas web proporcionadas por el DAVID para buscar términos de anotación funcional y vías que estuvieran enriquecidas en las proteínas identificadas anteriormente. Los resultados de estos análisis se muestran en la Figura 2. Nos centramos en la ontología de componente celular, función molecular y proceso biológico para el análisis de enriquecimiento de términos de anotación funcional con y .
(a)
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(c)
(d)
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En el grupo de «componentes celulares» (Figura 2(a)), el análisis de categorías mostró que el 59% de las proteínas con diferencias significativas eran componentes de orgánulos, y el 60,7% de ellas eran constituyentes de orgánulos. Además, el 29,6% de las proteínas pertenecían a un complejo macromolecular. El análisis de términos GO de «función molecular» reveló que el 22% de las proteínas se clasificaron como proteínas con actividad catalítica (Figura 2(b)). Las demás proteínas podían clasificarse como unión de proteínas, unión de ARNr y unión de enzimas. En cuanto a la base de datos de «procesos biológicos» (Figura 2(c)), la mayoría de las proteínas del 24% estaban asociadas a procesos metabólicos. Además, las proteínas estaban relacionadas con el transporte, la transducción de señales, la muerte celular, la adhesión celular, el proceso del sistema inmunitario y la reproducción. Los resultados del análisis de las vías de señalización (Figura 2(d)) con proteínas concentradas y enriquecidas son los siguientes. Múltiples vías metabólicas como la glucólisis/gluconeogénesis, el metabolismo del carbono, el ciclo del citrato (ciclo TCA), el metabolismo de los ácidos grasos y el metabolismo del piruvato se han visto alterados y afectados, y se ha demostrado que algunas proteínas están asociadas a las vías de degradación de la valina, la leucina y la isoleucina.
3.4. Efectos del zinc Los efectos del zinc se identifican además por las proteínas espermáticas expresadas diferencialmente
Se realizó un análisis de cuantificación para comparar los niveles de proteínas entre los tres grupos. En las proteínas diferenciales, seleccionamos proteínas metabólicas, asociadas al transporte de zinc y proteínas de nodo en la red (Tabla 3). Las proteínas con cambios estadísticamente significativos se mostraron en la Figura 3. Estas proteínas fueron ARG2, COX5B, ZNT1, LYAR y TM165. En comparación con el grupo de obesidad, la expresión de ARG2, COX5B y ZNT1 en el grupo tratado con ZnSO4 disminuyó significativamente, mientras que la expresión de LYAR y TM165 aumentó significativamente.
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3.5. La red de interacción proteica diferencial se establece utilizando la base de datos de redes STRING
STRING es un software de análisis en línea que analiza y predice la interacción entre proteínas conocidas. El software STRING establece un mecanismo de puntuación para hacer las ponderaciones correspondientes en diferentes fuentes de datos y finalmente da una puntuación global y luego construye un mapa de red de interacciones proteína-proteína . Las 341 proteínas diferenciales examinadas se importaron a la base de datos en línea STRING (http://string-db.org/) para su análisis, y se identificaron 341 proteínas, y se generó el mapa de red de interacción genética diferencial. Después, los datos de la red interactiva se exportaron al software Cytoscape 3.2 para determinar la proteína del nodo central de la red. Se puede observar que la red de composición de proteínas diferenciales es compleja (Figura 4). A continuación, utilizamos el plugin de Cytoscape para analizar las proteínas del nodo en la red, y se obtuvo un total de 36 proteínas del nodo a partir del análisis (Tabla 3). A partir de una lista de las mejores redes generadas con STRING, seleccionamos las subredes. El análisis de Cytoscape mostró que estas proteínas participaban principalmente en nueve redes que incluían el proceso metabólico, la oxidación-reducción, la respiración aeróbica, el empalme del ARN y la conjugación del glutatión.
4. Discusión
La OMS define a una persona con una acumulación anormal o excesiva de grasa como sobrepeso u obesidad, y este estado constituye una amenaza creciente para la salud de las personas a nivel mundial . Algunos informes muestran que la tasa de obesidad está aumentando rápidamente, lo que no sólo aumenta el riesgo de enfermedades, sino que paralelamente aumenta el riesgo de los pacientes de desarrollar trastornos reproductivos. A medida que la función reproductiva de los hombres se deteriora en todo el mundo, cada vez más personas se han dado cuenta de que la obesidad disminuye la calidad del semen. Con el aumento del IMC, los parámetros del semen se modifican, cambiando así la estructura física y molecular de los espermatozoides . En estudios anteriores se descubrió que la concentración de esperma y el recuento total de espermatozoides móviles se veían perjudicados por un IMC elevado. En el presente estudio, las ratas en los grupos de obesidad mostraron una disminución significativa en la concentración de esperma y la motilidad de los espermatozoides en comparación con los del grupo de peso normal, mientras que el ZnSO4 mejoró los parámetros del semen en comparación con el grupo de obesidad.
Los desequilibrios en las hormonas sexuales pueden afectar a la reproducción masculina, y un estado de sobrepeso puede afectar a los niveles hormonales en los hombres . Simultáneamente, los estudios han demostrado que la obesidad está estrechamente relacionada con los trastornos endocrinos, como las anomalías de las hormonas sexuales . La obesidad en los hombres tiene un impacto negativo en el potencial reproductivo masculino debido a los cambios en los niveles hormonales . Por lo tanto, analizamos los niveles séricos en cada grupo. Las hormonas de la testosterona aumentaron en el grupo tratado con ZnSO4 en comparación con los grupos normal y de obesidad. Parece que el tratamiento con ZnSO4 aumentó significativamente los niveles de hormonas andrógenas hasta igualar el nivel del grupo de control normal. La reducción del peso corporal y del nivel de lípidos en sangre en las ratas tratadas con ZnSO4 puede reparar las células de Leydig, aumentando así el nivel de testosterona. Como consecuencia, se puede regenerar un sistema reproductor masculino funcional, ayudando a la espermatogénesis y a la regeneración de la estructura testicular. Evidentemente, la histología testicular del grupo tratado con ZnSO4 ha mejorado con la regeneración de las células de Sertoli y de Leydig y la restauración de los espermatozoides en el lumen. Por lo tanto, una proteómica comparativa a gran escala proporciona un enfoque eficaz para identificar cualquier diferencia de expresión de proteínas entre los grupos con obesidad y los tratados con ZnSO4. Nuestro estudio identificó las diferencias en los perfiles de expresión de proteínas entre los espermatozoides fértiles normales y los espermatozoides de los grupos tratados con ZnSO4.
El análisis de anotación de GO mostró que el 24% de las proteínas estaban asociadas con el proceso metabólico y el 22% de las proteínas se clasificaron como proteínas con actividad catalítica. Las demás proteínas se clasificaron como de unión a proteínas, de unión a ARNr y de unión a enzimas, incluyendo la unión a ATP. Es bien sabido que las proteínas de unión al ATP desempeñan un papel fundamental en los procesos biológicos, lo que indica cambios en los procesos sintéticos y metabólicos. Las mitocondrias son orgánulos que proporcionan energía (ATP) a las células. Las mitocondrias son también el principal objetivo del estrés oxidativo. En el cuerpo masculino, las mitocondrias son la principal central energética en el proceso de maduración de las células espermatogénicas y también proporcionan energía a los espermatozoides tras la eyaculación. Por lo tanto, cuando se produce un estrés oxidativo en los hombres obesos, las mitocondrias de los espermatozoides pueden resultar muy dañadas. Los espermatozoides son susceptibles al estrés oxidativo y carecen de la capacidad de reparar los daños. La dieta alta en grasas induce el estrés oxidativo en las ratas obesas, lo que induce daños en la membrana mitocondrial de los espermatozoides y afecta a la función mitocondrial . Egwurugwu et al. concluyeron que el sulfato de zinc tenía algunos efectos positivos significativos sobre los andrógenos y la calidad del esperma a dosis fisiológicas. Sin embargo, fue perjudicial a dosis más altas.
Se sabe que ARG2 se localiza en las mitocondrias . También desempeña un papel crucial en la producción de ornitina, que es un precursor de la prolina, la hidroxiprolina y la poliamina, y es esencial para la proliferación celular. La obesidad y sus enfermedades asociadas se caracterizan por los bajos niveles de inflamación crónica . El ARG2 promueve respuestas proinflamatorias en los macrófagos y contribuye a evidenciar la aterosclerosis y la resistencia a la insulina relacionada con la obesidad . Creemos que la obesidad temprana puede conducir a la regulación al alza de la arginasa, dando lugar a cambios sistémicos en la arginasa y los metabolitos de la arginina. La regulación al alza de la arginasa en el grupo obeso puede estar asociada a la proliferación celular y a la inflamación crónica causada por la obesidad. La arginasa mejora las anomalías de los lípidos hepáticos y de la grasa sistémica inducidas por la obesidad al inhibir la activación de las vías implicadas en el metabolismo de los triglicéridos hepáticos y la función mitocondrial.
De estas proteínas, la COX5B en particular es de gran interés y está vinculada a la función mitocondrial y a la producción de energía celular. La citocromo oxidasa (COX, Complejo IV) es una enzima de la cadena de transporte de electrones mitocondrial que reside en la membrana interna de la mitocondria, y su actividad es necesaria para generar la fuerza motriz de protones que impulsa la síntesis de ATP. Es una de las tres isoformas mitocondriales de la citocromo oxidasa, es decir, del complejo IV de la cadena respiratoria mitocondrial. La COX5B participa en el último paso de la fosforilación oxidativa, con la producción de H2O, y en el mantenimiento del gradiente electroquímico necesario para producir ATP. Por lo tanto, los niveles reducidos de ARG2 y COX5B en ratas tratadas con sulfato de zinc pueden sugerir un efecto inducido por el zinc en la fertilidad de las ratas obesas, especialmente en la regeneración testicular, la espermatogénesis y la motilidad de los espermatozoides.
Algunas proteínas expresadas diferencialmente identificadas en este estudio están implicadas en el proceso de transporte de zinc. Por ejemplo, Elgazar et al. encontraron que ZnT1 está presente en la membrana plasmática y en el citoplasma de las células de soporte. Los estudios han demostrado que Znt1 desempeña un papel importante en la homeostasis del zinc en ratones adultos . El factor de transcripción sensible a los metales-1 (MTF-1) desempeña un papel en la coordinación de las respuestas celulares a la homeostasis de los metales y al estrés oxidativo. El MTF-1 es un factor de transcripción dependiente del zinc que estimula los genes de la metalotioneína y del transportador de zinc-1 (ZNT-1) al aumentar la concentración de zinc. Foster et al. demostraron que la expresión relativa del ARNm del transportador de zinc era muy variable. El ZnT1 es el más abundante en el testículo, y tiene interacciones en el transporte de zinc a través de la membrana plasmática. Noh et al. informaron de que los niveles de ARNm de ZnT1 estaban ligeramente elevados en las mujeres obesas, y los cambios en el transportador de zinc también pueden estar asociados con los estados inflamatorios relacionados con la obesidad.
El homólogo reactivo a los anticuerpos Ly1 (LYAR) fue descrito por primera vez por Su et al. como un ADNc que codifica la proteína de dedo de zinc aislada de la línea de leucemia de células T de ratón . El gen Lyar, que se sabe que se expresa abundantemente en los testículos, codifica una proteína nucleolar que contiene un motivo de dedo de zinc C2HC de tipo LYAR y tres señales de localización nuclear. Lee et al. descubrieron que la proteína LYAR estaba presente en los espermatocitos y las espermátidas, pero no en los espermatozoides. Sin embargo, nosotros detectamos la expresión de LYAR en los espermatozoides, y su expresión disminuyó en los espermatozoides de ratas obesas y aumentó en los grupos tratados con ZnSO4. Se ha identificado que LYAR se asocia a los ribosomas citoplásmicos en las células germinales y cancerosas masculinas y participa en el procesamiento del ARN preribosómico dentro del núcleo. LYAR es un modulador de uno de los dos pasos básicos de la iniciación de la traducción en las células germinales masculinas de mamíferos y en ciertos tipos de tumores . LYAR suprime considerablemente la transcripción de genes de estrés oxidativo, incluyendo SLC7A11, HMOX1 y CHAC1. La oncoproteína Myc regula la expresión de LYAR activando la transcripción de su gen, y la regulación al alza de LYAR, a su vez, protege a las células cancerosas contra la apoptosis mediada por el estrés oxidativo a través de la reducción de la expresión del gen CHAC1.
La proteína transmembrana 165 (TM165) es una proteína transmembrana del Golgi , y su deficiencia provoca un trastorno congénito de la glicosilación. La TM165 se sobreexpresa tanto en la transcripción como en la traducción en el carcinoma hepatocelular y se asocia con la capacidad invasiva del carcinoma hepatocelular. Sin embargo, los datos obtenidos en un estudio reciente dan varios indicios de su implicación en la homeostasis del calcio y el manganeso . La TM165 suministra Ca2+ y Mn2+ al complejo de Golgi a cambio de H+ para mantener las funciones de la lactosa sintasa y, potencialmente, de otras glicosiltransferasas . La proteína de Golgi humana TM165 puede transportar calcio y manganeso en células de levadura y bacterianas . Nuestro estudio encontró que la expresión de TM165 en ratas obesas disminuyó y aumentó después de la suplementación de zinc, lo que sugiere que TM165 aumentó después de la suplementación de zinc.
5. Conclusiones
En conclusión, los resultados de este estudio proporcionan evidencia de que el ZnSO4 puede mejorar los niveles hormonales, la regeneración testicular y la fertilidad. El análisis proteómico muestra además que el ZnSO4 puede mejorar la fertilidad de las ratas macho obesas mediante la regulación de la expresión de proteínas relacionadas con el metabolismo, la inflamación, la maduración de los espermatozoides y otras interacciones.
Disponibilidad de los datos
Los datos utilizados para apoyar los resultados de este estudio están disponibles bajo petición.
Divulgación
La agencia de financiación no tuvo ningún papel en el diseño del estudio, la recopilación y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.
Conflictos de intereses
Los autores declaran que no hay ningún conflicto de intereses en relación con la publicación de este trabajo.
Agradecimientos
Este estudio fue apoyado por el proyecto de formación de excelentes talentos de medicina clínica e investigación básica financiado por el gobierno provincial de Hebei (subvención n.º 20170183).