（105）-1
引⽤元 URL

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35619159/

学 術 雑 誌

Biomaterials Research

掲載年

2022

研 究 施 設錦州医科⼤学、上海交通⼤学、海軍軍医⼤学

研

究

国中国

題

The hydrogen storage nanomaterial MgH2 improves irradiation-induced male fertility
impairment by suppressing oxidative stress

名

１分で読める研究のポイント

MgH₂(⽔素化マグネシウム)は精⼦の質や⽣殖機能を保護する
👉 放射線照射後の MgH2 ⾷餌マウスの精巣組織や精⼦の質、ホルモン分泌を評価した。
👉MgH2 は精巣構造を顕著に保護し、精⼦の質を改善し（密度増加、運動性向上、奇形率減少）、放射線による「遺伝毒性」と「テストステロンの減少」も軽減した。

👉 メカニズムとして、MgH2 はヒドロキシルラジカルを除去してアポトーシス、炎症、細胞周期停⽌を抑制し、精巣組織での精⼦形成（発達３段階）を保護することが分かった。
👉 マウスと細胞において、MgH2 は安全で無毒であることも確認した。

Abstract（原⽂と翻訳）
Objective: This study aimed to reveal the protective effect of hydrogen storage nanomaterial MgH2 on radiation-induced male fertility impairment.
【⽬的】放射線による男性不妊障害に対する MgH2 の保護効果を明らかにすることを⽬的とした。
Methods: The characterization of MgH2 were analyzed by scanning electron microscopy (SEM) and particle size analyzer. The safety of MgH2 wereevaluated in vivo and in vitro. The radioprotective effect of MgH2 on the reproductive system were analyzed in mice, including sperm quality,genetic effect, spermatogenesis, and hormone secretion. ESR, flow cytometry and western blotting assay were used to reveal the underlyingmechanisms.
【⽅法】MgH2 の特性は⾛査型電⼦顕微鏡（SEM）と粒⼦径分析装置によって解析した。MgH2 の安全性は in vivo と in vitro で評価した。⽣殖系に対する MgH2 の放射線防護効果は、マウスにおいて精⼦の質、遺伝的影響、精⼦形成、ホルモン分泌を含む観点から分析された。ESR、フローサイトメトリー、ウェスタンブロッティング法を⽤いて基礎的なメカニズムを明らかにした。
Results: MgH2 had an irregular spherical morphology and a particle size of approximately 463.2 nm, and the content of Mg reached 71.46%.
MgH2 was safe and nontoxic in mice and cells. After irradiation, MgH2 treatment significantly protected testicular structure, increased spermdensity, improved sperm motility, reduced deformity rates, and reduced the genetic toxicity. Particularly, the sperm motility were consistent withthose in MH mice and human semen samples. Furthermore, MgH2 treatment could maintain hormone secretion and testicular spermatogenesis,
especially the generation of Sertoli cells, spermatogonia and round sperm cells. In vitro, MgH2 eliminated the [·OH], suppressed the irradiationinduced increase in ROS production, and effectively alleviated the increase in MDA contents. Moreover, MgH2 significantly ameliorated apoptosis
in testes and cells and reversed the G2/M phase cell cycle arrest induced by irradiation. In addition, MgH2 inhibited the activation of radiationinduced inflammation and pyroptosis.
【結果】MgH2 は不規則な球状の形態を持ち、粒⼦径は約 463.2nm、Mg 含有量は 71.46%に達した。MgH2 はマウスと細胞において安全で無毒であることが確認された。放射線照射後、MgH2 治療は精巣構造を顕著に保護し、精⼦密度を増加させ、精⼦運動性を改善し、奇形率を減少させ、遺伝毒性を軽減した。特に精⼦運動性は MH マウスとヒト精液サンプルで⼀致した。さらに、MgH2 はホルモン分泌と精巣の精⼦形成を維持し、特にセルトリ細胞、精祖細胞、円形精⼦細胞の⽣成をサポートした。in vitro で MgH2 は[·OH]を除去し、放射線が誘発する ROS ⽣成増加を抑制し、MDA 含有量の増加を効果的に軽減した。さらに、精巣と細胞でのアポトーシスを著しく改善し、放射線照射によって誘発される G2/M 期の細胞周期停⽌を逆転させ、放射線誘発性の炎症とパイロプトーシスの活性化を抑制した。
Conclusion: MgH2 improved irradiation-induced male fertility impairment by eliminating hydroxyl free radicals. Mice fertility and function wereevaluated with or without MgH2 treatment after 5 Gy irradiation. MgH2 had the ability of hydroxyl radicals scavenging and MDA suppressing intesticular tissue induced by irradiation. Further, MgH2 could participate in spermatogenesis and protect sperm development in three stages: thegeneration of Sertoli cells (Sox-9+), spermatogonia (Stra8+) and round sperm cells (Crem+). Moreover, MgH2 alleviated the decrease oftestosterone secreted by interstitial cells after irradiation. In addition, MgH2 suppressed apoptosis, pyroptosis and inflammatory response andalleviated cell cycle arrest by mediating IR-induced ROS.
【結論】MgH2 はヒドロキシルラジカルを除去することにより、放射線誘発性の男性不妊障害を改善した。マウスの⽣殖能⼒と機能は、5Gy 照射後のMgH2 処理の有無で評価した。MgH2 は、放射線照射が誘発した精巣組織のヒドロキシルラジカルの除去と MDA の抑制能⼒を有していた。さらに
MgH2 は精⼦形成に関与し、3 段階、すなわちセルトリ細胞（Sox-9+）、精祖細胞（Stra8+）、円形精⼦細胞（Crem+）の発達を保護した。さらに、
MgH2 は、放射線照射後に間質細胞によって分泌されるテストステロンの減少を緩和した。加えて、MgH2 はアポトーシス、パイロプトーシス、炎症反応を抑制し、IR 誘発性 ROS を介して細胞周期停⽌を緩和した。
Keywords: Hydroxyl radical ヒドロキシルラジカル; Irradiation damage 放射線障害; Male infertility 男性不妊; Nanomaterial ナノ材料; ROS.
Conflict of interest statement: The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could
have appeared to influence the work reported in this paper. 【利益相反】なし

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英語
MgH2
scanning electron
microscopy (SEM)
particle size analyzer
ESR
flow cytometry
western blotting assay

⽇本名
ナノ粒⼦状⽔素化マグネシウム
⾛査型電⼦顕微鏡
粒⼦径分析装置
電⼦スピン共鳴法

male fertility impairment

フローサイトメトリー
ウェスタンブロッティン
グ法
男性不妊障害Sertoli cells (Sox-9+)
spermatogonia (Stra8+)
round sperm cells (Crem+)
testosterone

セルトリ細胞
精祖細胞
円形精⼦細胞
テストステロンinterstitial cells
G2/M phase cell cycle

間質細胞
G2/M 期細胞周期

cell cycle arrest

細胞周期停⽌apoptosis

アポトーシスpyroptosis
hydroxyl free radicals [·OH]

パイロトーシスヒドロキシルラジカル

ROSMDA

活性酸素種
マロンジアルデヒド

説明
ナノ粒⼦状の⽔素吸蔵合⾦（⽔素化マグネシウム）。⽔と反応させることで簡単に⽔素を取り出せる。抗炎症効果と抗酸化効果を持つ。
⾼解像度で表⾯の微細構造を観察できる電⼦顕微鏡の⼀種。精⼦や精巣組織の微細構造の観察と、放射線による損傷の評価に⽤いられた。
微粒⼦のサイズを測定する装置。
フリーラジカルや⾦属イオンの周りにある電⼦の磁気的性質を調べる技術。精巣組織の酸化ストレス状態、精⼦損傷の程度を測定した。
細胞の物理的・化学的特性を分析する技術。精⼦の質を評価する。
特定のタンパク質を検出するための実験⼿法。放射線による精巣内の特定タンパク質の変化を分析。
男性の⽣殖能⼒の低下や損傷。放射線や酸化ストレスが原因で精⼦の質や数量が低下する。
精巣内で精⼦形成を⽀える細胞。
精⼦を形成する前段階の細胞。
精⼦の初期段階で、円形の形状を持つ細胞。
精⼦⽣成と性機能を維持する男性ホルモン。放射線による損傷で分泌が低下する。
精巣内でテストステロンを分泌する細胞。
細胞分裂の⼀部で、DNA が複製された後の段階。精⼦を作る細胞が放射線でこの段階で停⽌し、精⼦形成が阻害される。
細胞の分裂が⼀時的または永久的に停⽌する現象。精⼦形成細胞が停⽌し、精⼦数が減少することで男性不妊を引き起こす。
精巣細胞の計画的な死であり、過度に進⾏すると精⼦形成が減少し不妊の原因となる。
炎症反応に伴う細胞死・細胞溶解の⼀種。
細胞毒性をもつ活性酸素の⼀種で強⼒な酸化剤。精⼦や精巣細胞を損傷し、男性不妊を引き起こす。
酸素を含む反応性の⾼い分⼦。
脂質過酸化の結果⽣じる物質で、細胞膜の損傷程度の指標。精⼦膜のダメージや、精⼦の質を低下させる酸化ストレスの指標となる。

（105）-3
MgH2 は放射線照射による⽣殖系損傷を軽減した
5Gy 全⾝放射線照射後 29 ⽇⽬のマウスの体重変化（A）、精巣の外観（B）
・指数（C）
5Gy 放射線照射後 0、1、29、35 ⽇⽬のマウス精巣 H&E 染⾊（D）、29 ⽇⽬の副睾丸 H&E 染⾊（E）、各副睾丸⼩管内の精⼦密度（n=30）（F）、35 ⽇⽬の各精細管の厚さ（n=20）（G）
10Gy 放射線照射後に異なる濃度の MgH2 にさらされた GC2 細胞の⽣存率モニター：450nm で測定（H）
データは平均 ± SEM 表⽰、*p < 0.05、**p < 0.01

（105）-4
MgH2 は放射線による精⼦運動性と質の低下を改善した
5Gy 全⾝放射線照射後 29 ⽇⽬の精⼦数・運動性評価： マウス副睾丸組織から採取した精⼦の運動性 by CASA（A）、顕微鏡下で観察したマウスの精⼦数（B）、形態的特徴（D）、奇形率（C）（n = 200）
IR 処理マウスにおける MgH2 の遺伝的影響評価： 5Gy 全⾝放射線照射後 21 ⽇間に各胎の⽣まれた⼦供数（E）、死亡数（F）、
F0 世代マウスの精巣染⾊体（H）、F1 世代マウスの⾻髄染⾊体の変化（I）、ヒトの精⼦運動キャプチャ図（G）
データは平均 ± SEM 表⽰、*p < 0.05、**p < 0.01