Obesity induced by a high-fat diet regulates the MYC‒PPIL1 network in the mediation of asthenozoospermia.
| Intervention | Direction | Endpoint | Population | Dosage | Impact | Claim # |
|---|---|---|---|---|---|---|
high-fat diet (HFD)-induced obesity | decrease | sperm motility | male rats | - | significantly impaired | #1 |
high-fat diet (HFD)-induced obesity | decrease | testosterone levels | male rats | - | decreased | #2 |
high-fat diet (HFD)-induced obesity | increase | oxidative stress | male rats | - | increased | #3 |
high-fat diet (HFD)-induced obesity | decrease | expression of MYC | HFD obesity/AZS group | P < 0.01 | significantly reduced | #4 |
high-fat diet (HFD)-induced obesity | decrease | expression of mTOR | HFD obesity/AZS group | P < 0.01 | significantly reduced | #5 |
high-fat diet (HFD)-induced obesity | increase | expression of PPIL1 | HFD obesity/AZS group | P < 0.01 | significantly increased | #6 |
L-carnitine | neutral | these changes | - | - | partially reversed | #7 |
Male infertility, particularly asthenozoospermia (AZS), has become an increasingly severe global public health issue. Obesity induced by a high-fat diet (HFD) is considered a key factor in the development of AZS, although its exact molecular mechanisms remain unclear. This study employs bioinformatics analysis to explore the key genes and potential regulatory mechanisms of HFD-induced obesity in AZS, which were validated by animal experiments. First, on the basis of GEO transcriptomic data, we identified nine common differentially expressed genes (DEGs) between HFD-induced obesity and AZS. Using LASSO regression and support vector machine methods, we subsequently identified C1QBP and PPIL1 as critical genes associated with HFD-induced AZS. Furthermore, a core gene‒transcription factor coexpression network revealed that MYC is likely an upstream transcriptional regulator of these two core genes. According to single-cell RNA-seq data, C1QBP and PPIL1 are predominantly expressed in spermatogonia, whereas MYC is primarily localized in stromal cells and is closely correlated with AZS. Additionally, through genome-wide enrichment analysis, we identified several key pathways regulating both HFD-induced obesity and AZS, including cell proliferation and differentiation (MYC targets and mTOR signalling), energy metabolism, cellular stress and homeostasis, and immune and inflammatory responses. The results of animal experiments demonstrated that HFD-induced obesity significantly impaired sperm motility in male rats, accompanied by decreased testosterone levels and increased oxidative stress. At the molecular level, the expression of MYC and mTOR in the HFD obesity/AZS group was significantly reduced (P < 0.01), whereas PPIL1 expression was significantly increased (P < 0.01). Moreover, L-carnitine partially reversed these changes, indicating potential therapeutic value. In conclusion, our study suggests that HFD-induced obesity may lead to AZS through the upregulation of PPIL1 levels and the inhibition of the MYC and mTOR signalling pathways. RéSUMé: CONTEXTE: L’infertilité masculine, en particulier l’asthénozoospermie (AZS), est devenue un problème de santé publique mondial de plus en plus grave. L’obésité induite par un régime riche en graisses (HFD) est considérée comme un facteur clé dans le développement de l’AZS, bien que les mécanismes moléculaires exacts restent incertains. Cette étude utilise l’analyse bio-informatique pour explorer les gènes clés et les mécanismes de régulation potentiels de l’obésité induite par HFD dans l’AZS, qui ont été validés par des expériences sur des animaux. RéSULTATS: Tout d’abord, sur la base des données transcriptomiques GEO, nous avons identifié neuf gènes différentiellement exprimés (DEG) communs entre l’obésité induite par HFD et l’AZS. À l’aide de méthodes de régression LASSO et de machine à vecteurs de support, nous avons par la suite identifié C1QBP et PPIL1 comme des gènes critiques associés à l’AZS induit par HFD. De plus, un réseau de co-expression gène-facteur de transcription a révélé que MYC est probablement un régulateur transcriptionnel en amont de ces deux gènes principaux. Selon les données de séquençage de l’ARN sur cellule unique, C1QBP et PPIL1 sont principalement exprimés dans les spermatogonies, tandis que MYC est principalement localisé dans les cellules stromales et est étroitement corrélé à l’AZS. De plus, grâce à l’analyse de l’enrichissement à l’échelle du génome, nous avons identifié plusieurs voies clés régulant à la fois l’obésité induite par HFD et l’AZS, y compris la prolifération et la différenciation cellulaires (cibles MYC et signalisation mTOR), le métabolisme énergétique, le stress cellulaire et l’homéostasie, et les réponses immunitaires et inflammatoires. Les résultats des expériences animales ont montré que l’obésité induite par HFD altérait considérablement la motilité des spermatozoïdes, accompagnée d’une diminution des niveaux de testostérone et d’une augmentation du stress oxydatif. Au niveau moléculaire, l’expression de MYC et de mTOR dans le groupe obésité HFD/AZS a été significativement réduite (p<0,01), alors que celle de PPIL1 a été significativement augmentée (p<0,01). Enfin, la L-carnitine a partiellement inversé ces changements, indiquant une valeur thérapeutique potentielle. CONCLUSIONS: Notre étude suggère que l’obésité induite par HFD peut conduire à l’AZS par la régulation positive des niveaux de PPIL1 et l’inhibition des voies de signalisation MYC et mTOR.