Hypoxia drives spermatogenic impairment by triggering lysosome-dependent death of Leydig cells <italic style="font-style: italic">via</italic> M1 macrophage polarization

MENG Dan; HE Wei; ZENG Jitao

doi:10.16016/j.2097-0927.202510077

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Hypoxia drives spermatogenic impairment by triggering lysosome-dependent death of Leydig cells via M1 macrophage polarization

Basic Medicine | 更新时间：2025-12-24

- Hypoxia drives spermatogenic impairment by triggering lysosome-dependent death of Leydig cells via M1 macrophage polarization
- Journal of Army Medical University Vol. 47, Issue 23, Pages: 2893-2902(2025)
- 作者机构：
  
  1.陆军军医大学（第三军医大学）：，第一附属医院生殖医学中心，重庆
  2.陆军军医大学（第三军医大学）：，基础医学院免疫学教研室，重庆
- 作者简介：
  
  ZENG Jitao， E-mail：jitaozeng@tmmu.edu.cn
- 基金信息：
  
  the Natural Science Foundation for Young Scholars of China(82401862)
- DOI：10.16016/j.2097-0927.202510077
  CLC： R329.26;R339.21;R364.4
- Received：26 October 2025，
  
  Revised：2025-11-28，
  
  Accepted：28 November 2025，
  
  Published：15 December 2025
- 稿件说明：
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孟丹，何畏，曾继涛.缺氧通过驱动M1巨噬细胞极化诱发睾丸间质细胞溶酶体依赖性死亡导致生精功能受损［J］.陆军军医大学学报，2025，47（23）：2893-2902.DOI：10.16016/j.2097-0927.202510077.

MENG D，HE W，ZENG J T.Hypoxia drives spermatogenic impairment by triggering lysosome-dependent death of Leydig cells via M1 macrophage polarization［J］.J Army Med Univ，2025，47（23）：2893-2902.DOI：10.16016/j.2097-0927.202510077.
孟丹，何畏，曾继涛.缺氧通过驱动M1巨噬细胞极化诱发睾丸间质细胞溶酶体依赖性死亡导致生精功能受损［J］.陆军军医大学学报，2025，47（23）：2893-2902.DOI：10.16016/j.2097-0927.202510077. DOI：

MENG D，HE W，ZENG J T.Hypoxia drives spermatogenic impairment by triggering lysosome-dependent death of Leydig cells via M1 macrophage polarization［J］.J Army Med Univ，2025，47（23）：2893-2902.DOI：10.16016/j.2097-0927.202510077. DOI：

摘要

目的

探究缺氧通过驱动M1型巨噬细胞极化，进而诱发睾丸间质细胞溶酶体依赖性细胞死亡（lysosome-dependent cell death，LDCD）在生精功能障碍中的关键作用。

方法

将10只8周龄雄性SD大鼠（体质量220~250 g）按照完全随机设计，分为常氧组（

=5）与缺氧组（

=5），分别置于常氧饲养环境和模拟5 000 m海拔的低压低氧环境暴露4周以构建缺氧动物模型。采用1%O₂低氧工作站处理TM3（小鼠睾丸间质细胞）2 d以构建缺氧细胞模型，并建立RAW 264.7巨噬细胞与TM3细胞的Transwell共培养体系。采用睾丸组织HE染色进行病理形态学分析并计算生精细胞数量/生精小管面积；通过ELISA方法（以BCA法标化）检测睾丸组织睾酮含量；利用免疫荧光染色定量睾丸组织间质细胞（CYP11A1⁺）数量和M1型巨噬细胞（CD68⁺/CD86⁺）与细胞玻片中M1型巨噬细胞（iNOS⁺）极化；应用公共数据库（PRJNA926018）的单细胞转录组测序（scRNA-seq）数据与基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis，GSEA）筛选间质细胞中的程序性死亡方式；借助LysoTracker探针与组织蛋白酶B（cathepsin B， CTSB）免疫荧光染色评估TM3细胞溶酶体完整性及通透性。

结果

在体实验发现缺氧状态显著降低大鼠睾丸生精小管中生精细胞数量（

0.01）及睾酮含量（

0.01），伴随间质细胞（CYP11A1

）数量减少（

0.01）。scRNA-seq揭示缺氧条件下长形精子细胞、间质细胞、支持细胞比例显著减少（

0.01），然而精母细胞和精原细胞比例显著上调（

0.01），并且间质细胞中LDCD通路显著富集（

=0.002 7）。除此之外，缺氧环境可诱导M1型巨噬细胞浸润（CD68

/CD86

）睾丸，并且缺氧也能促进RAW 264.7细胞中iNOS

表达（

0.01）。体外Transwell共培养实验提示单独缺氧不影响TM3细胞溶酶体膜稳定性，而与缺氧处理的RAW 264.7细胞共培养加剧溶酶体通透性。

结论

缺氧可能是通过驱动M1型巨噬细胞极化，进而诱发睾丸间质细胞溶酶体依赖性细胞死亡，最终导致睾酮合成减少与生精功能障碍。

Abstract

Objective

To investigate the critical role of hypoxia in impairing spermatogenesis

via

M1 macrophage polarization and subsequent induction of lysosome-dependent cell death (LDCD) in Leydig cells.

Methods

Ten eight-week-old male SD rats (weight 220~250 g) were randomly divided into normoxia (

=5) and hypoxia groups (

=5). Hypoxic models were established by housing rats in hypoxic chambers simulating 5 000 m altitude for 4 weeks. TM3 mouse Leydig cells underwent 1% O

exposure for 2 d. A transwell co-culture system integrated RAW 264.7 macrophages and TM3 cells. Testicular histopathology was evaluated

via

HE staining (spermatogenic cells/tubular area). Testosterone levels were quantified by ELISA (BCA-quantified). Immunofluorescence assessed Leydig cells (CYP11A1

)

M1 macrophages (CD68

/CD86

in tissue; iNOS

in cells)

and lysosomal integrity (LysoTracker/CTSB staining). Single-cell RNA-seq data (PRJNA926018) with GSEA identified programmed cell death pathways.

Results

Hypoxia significantly reduced spermatogenic cell density (

0.01)

testosterone levels (

0.01)

and Leydig cell counts (

0.01). scRNA-seq revealed decreased proportions of elongated spermatids

Leydig cells

and sertoli cells (

0.01)

but increased spermatocytes/spermatogonia (

0.01)

with significant LDCD enrichment in Leydig cells (

=0.002 7). Hypoxia induced testicular M1 macrophage infiltration (CD68

/CD86

) and elevated iNOS

in RAW 264.7 cells (

0.01). Transwell co-culture showed hypoxia-treated macrophages

but not hypoxia alone

disrupted lysosomal membrane stability in TM3 cells.

Conclusion

Hypoxia impairs spermatogenesis by driving M1 macrophage polarization

triggering LDCD in Leydig cells

and reducing testosterone synthesis.

关键词

Keywords

references

LI Z B ， WANG S M ， GONG C L ， et al . Effects of environmental and pathological hypoxia on male fertility ［J］. Front Cell Dev Biol ， 2021 ， 9 ： 725933 . DOI： 10.3389/fcell.2021.725933 http://dx.doi.org/10.3389/fcell.2021.725933 .

SUN H ， GONG T T ， JIANG Y T ， et al . Global， regional， and national prevalence and disability-adjusted life-years for infertility in 195 countries and territories， 1990-2017： results from a global burden of disease study， 2017 ［J］. Aging ， 2019 ， 11 （ 23 ）： 10952 - 10991 . DOI： 10.18632/aging.102497 http://dx.doi.org/10.18632/aging.102497 .

GAT Y ， GORNISH M ， NAVON U ， et al . Right varicocele and hypoxia， crucial factors in male infertility： fluid mechanics analysis of the impaired testicular drainage system ［J］. Reprod Biomed Online ， 2006 ， 13 （ 4 ）： 510 - 515 . DOI： 10.1016/s1472-6483（10）60638-4 http://dx.doi.org/10.1016/s1472-6483（10）60638-4 .

GAT Y ， ZUKERMAN Z ， CHAKRABORTY J ， et al . Varicocele， hypoxia and male infertility. Fluid mechanics analysis of the impaired testicular venous drainage system ［J］. Hum Reprod ， 2005 ， 20 （ 9 ）： 2614 - 2619 . DOI： 10.1093/humrep/dei089 http://dx.doi.org/10.1093/humrep/dei089 .

LORD T . Pathophysiological effects of hypoxia on testis function and spermatogenesis ［J］. Nat Rev Urol ， 2025 ， 22 （ 7 ）： 470 - 488 . DOI： 10.1038/s41585-024-00969-6 http://dx.doi.org/10.1038/s41585-024-00969-6 .

YANG G ， SHI R ， ZHANG Q . Hypoxia and oxygen-sensing signaling in gene regulation and cancer progression ［J］. Int J Mol Sci ， 2020 ， 21 （ 21 ）： 8162 . DOI： 10.3390/ijms21218162 http://dx.doi.org/10.3390/ijms21218162 .

ZENG J T ， GAO W W ， TANG Y ， et al . Hypoxia-sensitive cells trigger NK cell activation via the KLF4-ASH1L-ICAM-1 axis， contributing to impairment in the rat epididymis ［J］. Cell Rep ， 2023 ， 42 （ 11 ）： 113442 . DOI： 10.1016/j.celrep.2023.113442 http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113442 .

QIN H ， ABULAITI A ， MAIMAITI A ， et al . Integrated machine learning survival framework develops a prognostic model based on inter-crosstalk definition of mitochondrial function and cell death patterns in a large multicenter cohort for lower-grade glioma ［J］. J Transl Med ， 2023 ， 21 （ 1 ）： 588 . DOI： 10.1186/s12967-023-04468-x http://dx.doi.org/10.1186/s12967-023-04468-x .

MA Y ， ZHOU Y ， ZHU Y C ， et al . Lipophagy contributes to testosterone biosynthesis in male rat leydig cells ［J］. Endocrinology ， 2018 ， 159 （ 2 ）： 1119 - 1129 . DOI： 10.1210/en.2017-03020 http://dx.doi.org/10.1210/en.2017-03020 .

CHO Y M ， CHOU J C ， FANG C M ， et al . Chronic intermittent hypoxia stimulates testosterone production in rat Leydig cells ［J］. Life Sci ， 2019 ， 233 ： 116694 . DOI： 10.1016/j.lfs.2019.116694 http://dx.doi.org/10.1016/j.lfs.2019.116694 .

WANG X T ， JIN L H ， JIANG S ， et al . Transcription regulation of NRF1 on StAR reduces testosterone synthesis in hypoxemic murine ［J］. J Steroid Biochem Mol Biol ， 2019 ， 191 ： 105370 . DOI： 10.1016/j.jsbmb.2019.04.019 http://dx.doi.org/10.1016/j.jsbmb.2019.04.019 .

BAI G ， YANG B ， TONG W M ， et al . Hypobaric hypoxia causes impairment of spermatogenesis in developing rats at pre-puberty ［J］. Andrologia ， 2018 . DOI： 10.1111/and.13000. DOI：10.1111/and.13000 http://dx.doi.org/10.1111/and.13000.DOI：10.1111/and.13000 .

RAFF H ， HOEYNCK B ， JABLONSKI M ， et al . Insulin sensitivity， leptin， adiponectin， resistin， and testosterone in adult male and female rats after maternal-neonatal separation and environmental stress ［J］. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol ， 2018 ， 314 （ 1 ）： R12 - R21 . DOI： 10.1152/ajpregu.00271.2017 http://dx.doi.org/10.1152/ajpregu.00271.2017 .

KIM S D ， CHO K S . Obstructive sleep apnea and testosterone deficiency ［J］. World J Mens Health ， 2019 ， 37 （ 1 ）： 12 . DOI： 10.5534/wjmh.180017 http://dx.doi.org/10.5534/wjmh.180017 .

WALKER W H . Non-classical actions of testosterone and spermatogenesis ［J］. Phil Trans R Soc B ， 2010 ， 365 （ 1546 ）： 1557 - 1569 . DOI： 10.1098/rstb.2009.0258 http://dx.doi.org/10.1098/rstb.2009.0258 .

LEI T ， YANG Y ， YANG W X . Luteinizing hormone regulates testosterone production， leydig cell proliferation， differentiation， and circadian rhythm during spermatogenesis ［J］. Int J Mol Sci ， 2025 ， 26 （ 8 ）： 3548 . DOI： 10.3390/ijms26083548 http://dx.doi.org/10.3390/ijms26083548 .

GOTO T ， HIRABAYASHI M ， WATANABE Y ， et al . Testosterone supplementation rescues spermatogenesis and in vitro fertilizing ability of sperm in Kiss1 knockout mice ［J］. Endocrinology ， 2020 ， 161 （ 9 ）： bqaa092 . DOI： 10.1210/endocr/bqaa092 http://dx.doi.org/10.1210/endocr/bqaa092 .

MÍNGUEZ-ALARCÓN L ， GASKINS A J ， MEEKER J D ， et al . Endocrine-disrupting chemicals and male reproductive health ［J］. Fertil Steril ， 2023 ， 120 （ 6 ）： 1138 - 1149 . DOI： 10.1016/j.fertnstert.2023.10.008 http://dx.doi.org/10.1016/j.fertnstert.2023.10.008 .

MEINHARDT A ， DEJUCQ-RAINSFORD N ， BHUSHAN S . Testicular macrophages： development and function in health and disease ［J］. Trends Immunol ， 2022 ， 43 （ 1 ）： 51 - 62 . DOI： 10.1016/j.it.2021.11.003 http://dx.doi.org/10.1016/j.it.2021.11.003 .

MULTHOFF G ， VAUPEL P . Hypoxia compromises anti-cancer immune responses ［J］. Adv Exp Med Biol ， 2020 ， 1232 ： 131 - 143 . DOI： 10.1007/978-3-030-34461-0_18 http://dx.doi.org/10.1007/978-3-030-34461-0_18 .

ZOU Z J ， LIN H F ， LI M S ， et al . Tumor—associated macrophage polarization in the inflammatory tumor microenvironment ［J］. Front Oncol ， 2023 ， 13 ： 1103149 . DOI： 10.3389/fonc.2023.1103149 http://dx.doi.org/10.3389/fonc.2023.1103149 .

DU S Y ， ZHANG X J ， JIA Y X ， et al . Hepatocyte HSPA12A inhibits macrophage chemotaxis and activation to attenuate liver ischemia/reperfusion injury via suppressing glycolysis-mediated HMGB1 lactylation and secretion of hepatocytes ［J］. Theranostics ， 2023 ， 13 （ 11 ）： 3856 - 3871 . DOI： 10.7150/thno.82607 http://dx.doi.org/10.7150/thno.82607 .

AL-QAZAZI R ， LIMA P D A ， PRISCO S Z ， et al . Macrophage-NLRP3 activation promotes right ventricle failure in pulmonary arterial hypertension ［J］. Am J Respir Crit Care Med ， 2022 ， 206 （ 5 ）： 608 - 624 . DOI： 10.1164/rccm.202110-2274OC http://dx.doi.org/10.1164/rccm.202110-2274OC .

SEKINE H ， TAKEDA H ， TAKEDA N ， et al . PNPO-PLP axis senses prolonged hypoxia in macrophages by regulating lysosomal activity ［J］. Nat Metab . 2024 ， 6 （ 6 ）： 1108 - 1127 . DOI： 10.1038/s42255-024-01053-4 http://dx.doi.org/10.1038/s42255-024-01053-4 .

HE S J ， FAN C Y ， JI Y M ， et al . SENP3 fa cilitates M1 macrophage polarization via the HIF-1α/PKM2 axis in lipopolysaccharide-induced acute lung injury ［J］. Innate Immun ， 2023 ， 29 （ 1/2 ）： 25 - 34 . DOI： 10.1177/17534259231166212 http://dx.doi.org/10.1177/17534259231166212 .

ZHANG G ， TAO X ， JI B W ， et al . Hypoxia-driven M2-polarized macrophages facilitate cancer aggressiveness and temozolomide resistance in glioblastoma ［J］. Oxid Med Cell Longev ， 2022 ， 2022 ： 1614336 . DOI： 10.1155/2022/1614336 http://dx.doi.org/10.1155/2022/1614336 .

GEMINGNUER A ， YIN R ， LIU Y ， et al . Lysosome-dependent cell death： disease implications and potential therapeutic targets ［J］. Mol Biol Rep ， 2025 ， 52 （ 1 ）： 881 . DOI： 10.1007/s11033-025-10997-z http://dx.doi.org/10.1007/s11033-025-10997-z .

RAI R ， DEY D K ， BENBROOK D M ， et al . Niclosamide causes lysosome-dependent cell death in endometrial cancer cells and tumors ［J］. Biomed Pharmacother ， 2023 ， 161 ： 114422 . DOI： 10.1016/j.biopha.2023.114422 http://dx.doi.org/10.1016/j.biopha.2023.114422 .

CUI L ， ZHAO L P ， YE J Y ， et al . The lysosomal membrane protein Lamp2 alleviates lysosomal cell death by promoting autophagic flux in ischemic cardiomyocytes ［J］. Front Cell Dev Biol ， 2020 ， 8 ： 31 . DOI： 10.3389/fcell.2020.00031 http://dx.doi.org/10.3389/fcell.2020.00031 .

JEELANI I ， MOON J S ， DA CUNHA F F ， et al . HIF-2α drives hepatic Kupffer cell death and proinflammatory recruited macrophage activation in nonalcoholic steatohepatitis ［J］. Sci Transl Med ， 2024 ， 16 （ 764 ）： eadi0284 . DOI： 10.1126/scitranslmed.adi0284 http://dx.doi.org/10.1126/scitranslmed.adi0284 .

WANG B J ， CHEN Y Y ， CHANG H H ， et al . Zinc oxide nanoparticles exacerbate skin epithelial cell damage by upregulating pro-inflammatory cytokines and exosome secretion in M1 macrophages following UVB irradiation-induced skin injury ［J］. Part Fibre Toxicol ， 2024 ， 21 （ 1 ）： 9 . DOI： 10.1186/s12989-024-00571-z http://dx.doi.org/10.1186/s12989-024-00571-z .

XIANG L Y ， LOU J S ， ZHAO J Y ， et al . Underlying mechanism of lysosomal membrane permeabilization in CNS injury： a literature review ［J］. Mol Neurobiol ， 2025 ， 62 （ 1 ）： 626 - 642 . DOI： 10.1007/s12035-024-04290-6 http://dx.doi.org/10.1007/s12035-024-04290-6 .

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