男性生育力依賴于持續(xù)的精子生成，而這一過程是由雄性生殖系干細(xì)胞（精原干細(xì)胞）經(jīng)歷有絲分裂、減數(shù)分裂和單倍體形成三個(gè)階段最終形成成熟精子。為了維持穩(wěn)定的精子產(chǎn)生，精原干細(xì)胞必須自我更新以維持干細(xì)胞池，同時(shí)生成未分化型精原細(xì)胞進(jìn)行正常精子發(fā)生。目前針對(duì)精原干細(xì)胞的起源、身份和維持仍不清楚，領(lǐng)域內(nèi)對(duì)于“Who is the true spermatogonial stem cells”一直存在爭(zhēng)議，原因之一是缺乏能夠?qū)⒕杉?xì)胞與未分化精原細(xì)胞池中其他細(xì)胞亞群明確區(qū)分的遺傳標(biāo)記。此外，精原干細(xì)胞是精子發(fā)生建立和維持的關(guān)鍵細(xì)胞群體，對(duì)于男性不育患者的再生療法表現(xiàn)出極大潛力。精原干細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)平衡與再生能力往往依賴于睪丸微環(huán)境（也稱“生態(tài)位”）的有序調(diào)控，然而，目前針對(duì)睪丸生態(tài)位與精原干細(xì)胞協(xié)同發(fā)育規(guī)律、再生特征、功能形成及維持機(jī)制仍了解不清。

2023年8月4日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所宋偉團(tuán)隊(duì)和余佳團(tuán)隊(duì)合作在Science Advances《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表了題為“Decoding the spermatogonial stem cell niche under physiological and recovery conditions in adult mice and humans（解碼成體人和小鼠生理和損傷修復(fù)狀態(tài)下的精原干細(xì)胞生態(tài)位）”的研究長(zhǎng)文。該研究全景式繪制睪丸穩(wěn)態(tài)和再生反應(yīng)條件下精原干細(xì)胞微環(huán)境構(gòu)成基礎(chǔ)及分子互作規(guī)律，構(gòu)建了哺乳動(dòng)物（人/小鼠）精原干細(xì)胞-體細(xì)胞的受體-配體和信號(hào)通路互作網(wǎng)絡(luò)圖譜，并發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵調(diào)控因子（CCL24、IGFBP7）驅(qū)動(dòng)精原干細(xì)胞再生新途徑及調(diào)控機(jī)理（見圖1）。本研究團(tuán)隊(duì)巧妙運(yùn)用KitW/Wv基因突變小鼠作為研究模型，該小鼠存在c-Kit基因W位點(diǎn)和Wv位點(diǎn)雜合突變導(dǎo)致睪丸內(nèi)缺失功能性生精細(xì)胞，僅留存少量未分化型精原干細(xì)胞并且具備功能正常的生態(tài)位，這為研究微環(huán)境特異性調(diào)節(jié)精原干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)與再生提供了理想模型。本研究團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立微環(huán)境再生修復(fù)模型，聯(lián)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)首次解析睪丸生態(tài)位再生反應(yīng)條件下各組分的動(dòng)態(tài)變化、功能形成和維持機(jī)制。基于每種細(xì)胞類型生物學(xué)特性與轉(zhuǎn)錄組特征，發(fā)現(xiàn)微環(huán)境調(diào)控精原干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)與再生的關(guān)鍵信號(hào)通路（PI3K-Akt、Ras、Rap1、MAPK、Hippo signalling pathways）。此外，本研究團(tuán)隊(duì)對(duì)微環(huán)境各組分的旁分泌因子進(jìn)行多層次篩查，除了經(jīng)典功能性旁分泌因子GDNF 和 FGF2，共鑒定20個(gè)潛在功能的新型旁分泌因子。進(jìn)一步結(jié)合在體、離體研究模型，研究發(fā)現(xiàn)旁分泌因子IGFBP7、TEK及CCL24可特異性維持精原干細(xì)胞干性及自我更新，而AGT、COL4A2和TGFBR3可促進(jìn)精原干細(xì)胞分化，有望克服精原干細(xì)胞（例如人/小鼠）體外擴(kuò)增困難、難以長(zhǎng)期維持干性、分化效率低下等問題，并為男性不育診斷標(biāo)記物及治療新策略提供資源和方案。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所靳程博士后和王志鵬博士為該論文的共同第一作者，宋偉研究員、余佳研究員和李凱副研究員為該論文共同通訊作者。

隨后，為了進(jìn)一步揭秘精原干細(xì)胞的起源、身份和維持，本研究團(tuán)隊(duì)于2023年8月23日在eLife雜志發(fā)表了文章“Identification of quiescent FOXC2+spermatogonial stem cells in adult mammals（鑒定成體哺乳動(dòng)物 FOXC2+靜息期精原干細(xì)胞新群體）”，發(fā)現(xiàn)了FOXC2特異性標(biāo)記的成體精原干細(xì)胞新亞群，并證明該細(xì)胞亞群作為“靜息態(tài)精原干細(xì)胞”可以穩(wěn)定維持全睪丸精子發(fā)生，且在精子再生過程中由“靜息態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤凹せ顟B(tài)”重建精子發(fā)生。本研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建譜系示蹤小鼠模型，發(fā)現(xiàn)FOXC2+ As可通過對(duì)稱或不對(duì)稱分裂產(chǎn)生三種 Apr類型：FOXC2+/FOXC2+, FOXC2+/FOXC2-和 FOXC2-/FOXC2-。隨著精子發(fā)生持續(xù)進(jìn)行，研究還發(fā)現(xiàn)EOMES+、GFRA1+和PAX7+未分化精原細(xì)胞均來源于 FOXC2+精原干細(xì)胞的后代，并且睪丸中所有生殖細(xì)胞都來自FOXC2+精原干細(xì)胞產(chǎn)生的子代細(xì)胞，表明FOXC2+精原干細(xì)胞既能自我更新以維持干細(xì)胞池，又能產(chǎn)生精原祖細(xì)胞以補(bǔ)充未分化精原細(xì)胞池。此外，本研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)FOXC2+精原干細(xì)胞是化療藥物處理后僅存的精原干細(xì)胞群，并且可以恢復(fù)自我更新及分化以重建完整的精子發(fā)生過程，表明處于靜息態(tài)的FOXC2+精原干細(xì)胞是啟動(dòng)精子再生的關(guān)鍵細(xì)胞群體。機(jī)制研究表明，F(xiàn)OXC2可特異性結(jié)合靶基因啟動(dòng)子區(qū)域行使基因調(diào)控功能，進(jìn)而負(fù)性調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程，表明FOXC2 可能充當(dāng)門控開關(guān)，通過阻礙細(xì)胞周期進(jìn)程來維持精原干細(xì)胞靜息狀態(tài)。中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所王志鵬博士和靳程博士后為該論文的共同第一作者，宋偉研究員為該論文獨(dú)立通訊作者。

同期，德克薩斯大學(xué)John R McCarrey教授和加州大學(xué)洛杉磯分校海港醫(yī)學(xué)中心Wei Yan教授為本研究撰寫Insight: “All eyes on FOXC2”高度評(píng)價(jià)了該項(xiàng)研究工作，認(rèn)為FOXC2可以更加準(zhǔn)確地標(biāo)記功能性精原干細(xì)胞群，且能夠主動(dòng)調(diào)控這群細(xì)胞的命運(yùn)；鑒于該轉(zhuǎn)錄因子高度保守且在人和小鼠睪丸中表達(dá)模式相似，認(rèn)為FOXC2可能成為研究男性生育問題的功能標(biāo)志物和重要調(diào)節(jié)因子（見圖2）。

本研究工作得到中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2021-1-I2M-019、2017-I2M-3-009）等項(xiàng)目資助。

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http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3173

https://elifesciences.org/articles/85380

https://elifesciences.org/articles/90747