Des fragments de plastique invisibles provenant de la vaisselle courante se retrouvent dans le sperme ; Aujourd'hui, des chercheurs révèlent comment les particules nanométriques peuvent discrètement saboter la biologie reproductive masculine par le biais du stress cellulaire et des voies d'autodestruction.
Étude : Utilisation de vaisselle en plastique, accumulation de microplastiques et qualité du sperme : des preuves épidémiologiques aux connaissances mécanistes de FOXA1/p38. Crédit d'image : Famille de souris/Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans le Journal de nanobiotechnologieles chercheurs ont déterminé comment l'accumulation de microplastiques (MP), en particulier provenant de l'utilisation de vaisselle en plastique (PT), affecte la qualité du sperme et ont élucidé le mécanisme moléculaire impliquant la protéine Forkhead Box A1, la protéine kinase kinase kinase 1 activée par le mitogène, la cascade de signalisation de la protéine kinase activée par le mitogène p38 (FOXA1/MAP3K1/p38).
Sommaire
Arrière-plan
L'infertilité masculine contribue à environ la moitié de tous les cas d'infertilité dans le monde, et des analyses récentes font état d'une baisse annuelle des spermatozoïdes d'environ 1 à 2,6 % plutôt qu'une seule estimation cumulée, soulevant des préoccupations croissantes en matière de santé publique. Au-delà des facteurs liés au mode de vie comme l’obésité ou le stress, l’exposition aux contaminants environnementaux, dont les MP, est de plus en plus mise en cause. Les plastiques à usage unique, notamment le PT, libèrent des fragments de polystyrène et de polychlorure de vinyle (PVC) qui peuvent pénétrer dans les aliments et l'eau. Les premières preuves établissent un lien entre les MP et le stress oxydatif, les perturbations hormonales et les lésions testiculaires chez les animaux, mais les données humaines directes restent rares. Comprendre comment les MP s’accumulent dans le sperme et perturbent la spermatogenèse est essentiel pour la santé reproductive. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour clarifier les voies moléculaires et les risques d’exposition humaine.
À propos de l'étude
L'étude a analysé le sperme de 200 hommes en âge de procréer (moyenne 24,6 ans) à la banque de sperme humain de Chongqing entre 2020 et 2021. Les participants ont rempli des questionnaires sur le mode de vie, l'indice de masse corporelle (IMC) et l'utilisation du PT. Les mesures de la qualité du sperme étaient la concentration des spermatozoïdes, le nombre total de spermatozoïdes, la motilité et la motilité progressive, conformément au protocole de la sixième édition de l'Organisation mondiale de la santé (OMS). Les échantillons ont été lyophilisés, digérés par des enzymes, filtrés et examinés pour détecter les polymères MP par microscopie infrarouge et microscopie électronique à balayage (MEB). Les auteurs ont noté que les techniques micro-infrarouges ne peuvent pas détecter des nanoplastiques aussi petits que 50 nm, ce qui représente une limitation analytique clé dans les échantillons humains. La régression multivariée a lié les niveaux de MP aux mesures du sperme après ajustement en fonction de l'âge, de l'IMC, des jours d'abstinence, de l'alcool et du tabagisme.
In vivo les travaux ont utilisé des souris BALB/c gavagenées avec des microplastiques de polystyrène (PS-MP) de taille 50 nanomètres, 5 micromètres ou 50 micromètres, avec une dose de 1 milligramme par jour pendant huit semaines. La qualité, l'histologie et l'ultrastructure des spermatozoïdes ont été évaluées par microscopie électronique à transmission (TEM), immunohistochimie (IHC) et marquage terminal désoxynucléotidyl transférase dUTP (TUNEL). La lignée cellulaire spermatogoniale de souris GC-1 a été exposée à des PS-MP à raison de 25 microgrammes par millilitre avec ou sans l'inhibiteur de p38 Adezmapimod ou le petit ARN interférent FOXA1 (siARN). Les marqueurs de l'autophagie et de l'apoptose ont été mesurés par Western blot, réaction en chaîne par polymérase quantitative en temps réel (qRT-PCR) et cytométrie en flux (FCM). La signification statistique a été fixée à p <0,05.
Résultats de l'étude
Des MP ont été détectées dans 55,5 % (111/200) des échantillons de sperme, totalisant 128 particules. Les principaux polymères étaient le PVC (36,7 %) et le polystyrène (PS, 32,0 %), suivis du polyéthylène (PE), du polyéthylène téréphtalate (PET) et du polypropylène (PP). Aucun polyamide (PA) n'a été détecté. Une fréquence d’utilisation plus élevée du PT est fortement corrélée à une plus grande accumulation de MP. Les utilisateurs quotidiens de PT avaient des MP totaux significativement plus élevés dans le sperme (p < 0,05).
Après ajustement, aucune association significative n'a été observée entre les MP totaux et les paramètres du sperme dans la cohorte complète. Dans les analyses stratifiées, chez les hommes avec un IMC < 24 kg/m², les MP totales ont montré une association négative limite avec la concentration de spermatozoïdes (P = 0,08) et des associations positives avec la motilité progressive (P = 0,03) et totale (P = 0,04). Parmi les utilisateurs de PT (oui ou non), les MP totales ont montré une tendance à une concentration de spermatozoïdes plus faible (P = 0,07), éventuellement compensée par une augmentation de la motilité.
Chez la souris, les PS-MP orales de 50 nm ont réduit de manière significative la concentration des spermatozoïdes (33 %), la motilité totale (21 %) et la motilité progressive (38 %) et ont augmenté la morphologie anormale. L'histologie montrait des tubules séminifères rétrécis et désorganisés ; La TEM a révélé des ruptures de membrane nucléaire et une accumulation d’autolysosomes, indiquant une autophagie accrue.
Le séquençage du transcriptome a identifié 985 gènes différentiellement exprimés (DEG) enrichis dans les voies de l'apoptose et de l'autophagie. Les gènes liés à l'autophagie comme Autophagy Related 5 (ATG5), Autophagy Related 7 (ATG7) et Beclin1 (BECN1) ont été régulés positivement, et les marqueurs protéiques Microtubule-Associated Protein 1 Light Chain 3 Beta (LC3β) et Sequestosome 1 (p62/SQSTM1) ont augmenté de 69 % et 138 %, respectivement. L'immunohistochimie (IHC) et l'immunofluorescence (IF) ont confirmé une expression accrue de LC3β et Beclin1 dans les testicules. Simultanément, les protéines pro-apoptotiques Bcl-2-Associated X Protein (Bax) et Bcl-2 Antagonist of Cell Death (Bad) ont augmenté tandis que le lymphome anti-apoptotique à cellules B 2 (Bcl-2) et le lymphome à cellules B extra large (Bcl-xL) ont diminué, accompagnés de niveaux plus élevés de caspase-3 clivée (c-caspase-3) et de caspase-9. (Casp9).
Mécaniquement, les PS-MP ont activé la cascade MAPK via MAP3K1 et p38 phosphorylé, conduisant à une régulation positive du c-fos phosphorylé (pc-fos) mais pas du c-jun. Le traitement avec l'inhibiteur de p38, Adezmapimod, a supprimé l'activation de pc-fos, confirmant le lien MAP3K1/p38. L'analyse en amont a montré que le facteur de transcription FOXA1 s'est directement lié au promoteur MAP3K1 et a interagi avec la protéine MAP3K1, comme le vérifie l'immunoprécipitation de la chromatine (ChIP) et la co-immunoprécipitation (Co-IP). L'inactivation de FOXA1 par siRNA a diminué l'expression de MAP3K1, p-p38 et pc-fos induite par PS-MP sans altérer pc-jun. Ainsi, les PS-MP ont déclenché l'autophagie et l'apoptose via l'axe FOXA1/MAP3K1/p38/c-fos.
Ensemble, ces résultats démontrent que l'accumulation de MP provenant du PT ne constitue pas une exposition environnementale bénigne mais une menace biologique liée aux dommages reproductifs masculins. Les résultats humains indiquent une qualité altérée du sperme uniquement dans des sous-groupes spécifiques et restent associatifs, tandis que les données animales et cellulaires soutiennent l'activation causale des voies de stress par des particules de 50 nm. Les auteurs ont également reconnu les limites, notamment l'utilisation d'une dose orale unique chez la souris, l'utilisation de concentrations supérieures à l'environnement in vitroet l'absence d'évaluations fonctionnelles de la fertilité telles que l'issue de la grossesse.
Conclusions
Cette recherche fournit la première preuve associative et mécaniste humaine intégrée selon laquelle les MP, en particulier les fragments de PS provenant du PT, s'accumulent dans le sperme et sont associés à des changements dans la qualité du sperme dans les sous-groupes vulnérables. Chez les hommes ayant un faible IMC et une utilisation fréquente du PT, l'exposition totale aux MP était corrélée à une concentration de spermatozoïdes légèrement inférieure et à une motilité accrue. Chez la souris et les cellules spermatogoniales, les PS-MP de 50 nm ont activé la cascade de signalisation FOXA1/MAP3K1/p38, conduisant à l'autophagie et à l'apoptose, ce qui a réduit le nombre et la motilité des spermatozoïdes.
Les résultats soulignent les risques pour la reproduction liés à l’exposition quotidienne au plastique et soulignent la nécessité de politiques de santé publique limitant la libération de MP par les contenants alimentaires et promouvant des alternatives plus sûres.
