The PDE3-specific inhibitor milrinone improves asthenozoospermic sperm function by regulating cAMP-PKA signaling pathway and energy metabolism.

چکیده اصلی

CONTEXT: Inhibiting phosphodiesterase (PDE) activity to increase cyclic adenosine monophosphate (cAMP) concentrations is a core strategy in artificial sperm activation. PDE3, a key member of the PDE family, comprises two subtypes, PDE3A and PDE3B. However, their specific expression patterns and functions in human sperm remain incompletely understood. AIMS: To analyze the expression characteristics of PDE3A and PDE3B in human sperm and investigate the regulatory effects of PDE3 inhibitor milrinone on asthenozoospermic sperm function and the related mechanisms. METHODS: The expression of PDE3A and PDE3B was detected using reverse transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), western blot and immunofluorescence. Changes in asthenozoospermic sperm functions after milrinone treatment were detected using computer-assisted sperm analysis (CASA), methylcellulose viscous penetration assay, and fluorescein isothiocyanate-conjugated peanut agglutinin (FITC-PNA) staining. Moreover, intracellular factors closely correlated with sperm function regulation were measured using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), flow cytometry, and metabolome analysis. KEY RESULTS: PDE3B expression level was greater than was the expression level of PDE3A in human sperm. Sperm function analysis showed that milrinone significantly enhanced asthenozoospermic sperm motility, mucus penetration ability, and the acrosome reaction. With respect to intracellular signals, milrinone activated the cAMP‒protein kinase A (PKA) signaling pathway, and metabolomic analysis showed that milrinone-induced differentially abundant metabolites (DAMs) were associated with the citrate cycle and fatty acid degradation pathways, suggesting that it regulates energy metabolism. CONCLUSIONS: These results demonstrated that milrinone primarily targets PDE3B to improve asthenozoospermic sperm function by regulating cAMP‒PKA signaling pathway and energy metabolism. IMPLICATIONS: The present study has gained new insight into the molecular basis of cAMP signaling regulation in human sperm and provides theoretical and experimental support for the potential application of milrinone for asthenozoospermic sperm activation.

ترجمه فارسی چکیده

زمینه: مهار فعالیت فسفودی‌استراز (PDE) برای افزایش غلظت آدنوزین‌مونوفسفات حلقوی (cAMP) یک استراتژی اصلی در فعال‌سازی مصنوعی اسپرم است. PDE3، عضوی کلیدی از خانواده PDE، دو زیرنوع PDE3A و PDE3B را شامل می‌شود، اما الگوهای و توابع اختصاصی آن‌ها در اسپرم انسان هنوز به‌طور کامل درک نشده است. اهداف: تحلیل ویژگی‌های بیان PDE3A و PDE3B در اسپرم انسان و بررسی اثرات تنظیمی مهارکننده PDE3، میلرینون، بر عملکرد اسپرم آستنوزوزوسپرمیک و مکانیسم‌های مرتبط. روش‌ها: بیان PDE3A و PDE3B با استفاده از واکنش زنجیره‌ای پلیمراز معکوس (RT-PCR)، وایت‌بلت و ایمونوفلوئورسانس شناسایی شد. تغییرات عملکرد اسپرم آستنوزوزوسپرمیک پس از درمان میلرینون با استفاده از آنالیز اسپرم کمک‌شده به کامپیوتر (CASA)، تست نفوذ چسبندگی متیل‌سلولز و رنگ‌آمیزی فلاسسین ایزوتیوسیانات-پیوند‌یافته آجیل پنبه (FITC-PNA) بررسی شد. علاوه بر این، عوامل سلولی که با تنظیم عملکرد اسپرم همبستگی نزدیکی داشتند با استفاده از تست ایمنواسوربنت آنزیم‌پیوندی (ELISA)، سیتومتری جریان و آنالیز متابولوم اندازه‌گیری شدند. نتایج کلیدی: سطح بیان PDE3B در اسپرم انسان از سطح بیان PDE3A بیشتر بود. آنالیز عملکرد اسپرم نشان داد که میلرینون به طور معناداری حرکت، توانایی نفوذ مخاطی و واکنش آکروسوم اسپرم آستنوزوزوسپرمیک را افزایش داد. از نظر سیگنال‌های سلولی، میلرینون مسیر سیگنالینگ cAMP-پروتئین کیناز A (PKA) را فعال کرد و آنالیز متابولوم نشان داد که متابولیت‌های غالب متفاوت (DAMs) القا شده توسط میلرینون با مسیرهای چرخه سیترات و تجزیه اسیدهای چرب مرتبط بودند که نشان‌دهنده تنظیم متابولیسم انرژی است. نتیجه‌گیری: این نتایج نشان داد که میلرینون عمدتاً هدف PDE3B را برای بهبود عملکرد اسپرم آستنوزوزوسپرمیک از طریق تنظیم مسیر سیگنالینگ cAMP-PKA و متابولیسم انرژی هدف قرار می‌دهد. کاربردها: این مطالعه بینش جدیدی در مورد پایه مولکولی تنظیم سیگنالینگ cAMP در اسپرم انسان به دست آورده و پشتیبانی نظری و تجربی برای کاربرد بالقوه میلرینون برای فعال‌سازی اسپرم آستنوزوزوسپرمیک ارائه می‌دهد.

متن کامل اصلی