睾丸细胞的生物学特征及研究进展

睾丸细胞的生物学特征及研究进展

周文钧

摘要：睾丸形态与功能的维持主要依靠生精细胞、支持细胞、管周肌样细胞、间质细胞发挥作用。生精细胞、支持细胞功能的正常是精子发生的基础，管周肌样细胞的收缩促使精子排出至睾丸网，间质细胞是睾酮的主要来源。目前，睾丸细胞研究主要集中在细胞体外培养、细胞基因组学、细胞应用三大领域。本次研究将分别探讨生精细胞、支持细胞、管周肌样细胞、间质细胞的的生物学特征及其研究进展。

关键词：生精细胞；支持细胞；管周肌样细胞；间质细胞；生物学；应用

睾丸由生精小管和间质构成，1～4条生精小管（seminiferous tubule）高度盘曲于睾丸小叶中。管壁上皮为特殊的生精上皮，是精子发生的场所，主要由支持细胞（Sertoli cell）、生精细胞（spermatogenic cell）组成。小管上皮基膜外有胶原纤维和管周肌样细胞（peritubularmyoid，PTM）。睾丸间质是含有大量的血管及淋巴管的疏松结缔组织，其中含有大量的间质细胞（Leydig cell），其主要功能为合成和分泌雄激素。本次研究将分别探讨生精细胞、支持细胞、管周肌样细胞、间质细胞的的生物学特征及其研究进展。

1 睾丸细胞生物学特点

1.1生精细胞精子发生既是一个复杂的生物形态与遗传变化过程，又是一个复杂、特异的细胞分化过程，是生命周期循环的重要环节之一，其中生精细胞生物学变化起到关键作用。人的精子发生需要（64±4.5）d，需要经过精原细胞增殖分化、精母细胞减速分裂、形成精子三个阶段。

精原细胞位于生精小管基底室，基膜与之相接触。其分化起始于胚胎时期的原始生殖细胞，分化形成生殖母细胞并逐渐迁移至生精上皮基膜，经过细胞分裂分化成为以精原干细胞（SSCs）为主的精原细胞，SSCs可自我更新，又能定向分化成精母细胞。大鼠的精原细胞可分为A型、中间型、B型精原细胞，Huckins提出将大鼠的精原细胞分为三部分，即贮备型精原干细胞（As），更新或增值型精原细胞（Apr-Aal）和分化型精原细胞（A1～A4-In-B）[1]，前两者也可以称之为未分化型精原细胞。As一般情况下处于休止状态，只有在其他类型的精原细胞耗尽的情况下才会进行分裂。单个的精原细胞As分裂形成成对Apr精原细胞，Apr精原细胞再分裂分化成4、8、16个链状精原细胞（Aal），Aal再分裂形成分化型A型精原细胞（A1～A4）四个亚型及中间型（In）、B型精原细胞。初级精母细胞内细胞器增多，有发达的高尔基复合体，在组织切片中可观察到大量处于各阶段的初级精母细胞，分裂完成后次级精母细胞便很快开始第二次减数分裂，因次级精母细胞存在时间短，故在组织切片中不易看到，此时次级精母细胞不进行染色体复制，形成单倍体圆形精子细胞，最终形态改变形成精子。

1.2支持细胞支持细胞（Sertoli cell）是维持生殖上皮稳定性与维持睾丸功能的关键细胞，是一种滋养型细胞，位于基部紧贴基膜，顶部伸向腔面，侧面和管腔面有很多不规则的凹陷，其内镶嵌着各级生精细胞。支持细胞之间的连接复合体将生精上皮分为了基底室和近腔室，基底室有精原细胞和细线前期精母细胞，近腔室有精母细胞、精子细胞和精子[1]，为精子发生内环境的稳定提供了保障，支持细胞和精子细胞之间存在缝隙连接，此连接就像锚一样在精子细胞镶嵌在支持细胞上发挥作用[2]。

支持细胞可分泌生长因子（如TGFα、TGFβ、IGF-1、IL-1）、转运蛋白（如雄激素结合蛋白、转铁蛋白、铜蓝蛋白）、类固醇等物质，为精子细胞提供营养物质，同时还起到包裹生殖细胞质突起和释放管腔作用。支持细胞分泌的生长因子可支持精原细胞的增殖分化[3]。支持细胞具有免疫豁免作用[1]，还可以通过自分泌与旁分泌作用调节睾丸间质细胞的功能。

1.3管周肌样细胞管周肌样细胞（peritubularmyoid，PTM）又可称为管周收缩细胞或管周细胞，于生精上皮基膜外呈环形排列，不同种属动物管周细胞排列及层数不同，啮齿类动物呈单层排列，而人类的管周细胞有3～4层[4]。管周肌样细胞扁平呈长形，轮廓平滑，核椭圆，胞质内除了有细长的线粒体、发达的高尔基复合体、内质网以及游离核糖体外，还有有大量细丝束和细丝，两者都是肌动蛋白或类肌动蛋白样的物质[5]，管周细胞具有平滑肌细胞的主要结构特征，是界膜收缩和舒张的基础，界膜的舒缩作用可维持生精小管内的压力，促使精子和睾丸液的排出睾丸网。此外，管周细胞还有合成细胞外基质及分泌生物活性物质等功能，对睾丸精子发生和合成雄激素起调节作用。

1.4间质细胞睾丸间质细胞（Leydig cell）存在于雄性动物睾丸生精小管之间的疏松结缔组织中，是填充睾丸间质的主要细胞成分。成熟的间质细胞大体呈圆形，核居中，核仁明显，滑面内质网丰富，高尔基复合体发达，成熟的间质细胞占睾丸细胞数量的2%～4%[6]，它的主要功能是分泌和合成睾酮，也是睾酮的主要来源，还可分泌少量雌激素及生物活性物质。间质细胞随着年龄的增长而发育，可分为胚胎期、婴幼儿期、青春前期、青春期、成年期、老年期几个阶段。间质细胞分泌雄激素将会在胚胎期、新生儿期、青春期出现3次高峰[4]。

2 睾丸细胞研究进展

2.1睾丸细胞体外培养生精细胞体外培养一般采用组织培养与混合细胞培养两类方法，组织培养可获得减数分裂后的分化细胞，但分裂速度较体内更快。但该法无法进行有关于精子发生所需条件以及睾丸内细胞间相互关系研究，故当前该法仅用于培养一些不易分裂的生精细胞。生精小管培养主要通过切片处理的细小曲细精管碎片或者片段完成，可进行体外模拟，培养体中的支持细胞可为生精细胞提供营养支持，避免组织因缺氧大片坏死，但在培养中支持细胞结构与功能会发生较大的改变，增殖、分化率低，不利于长期培养。

2.2睾丸细胞基因组学目前，睾丸细胞基因组学研究主要集中在生精细胞领域，已完成的人类基因组序列研究发现，存在于精子发生有关的染色体，在生精细胞发育过程中，相关基因的突变与缺失便可能造成精子发生障碍。保守估计，精子发生过程中至少有300个基因参与，数百种RNA和蛋白质参与这些基因程序性表达。

2.3睾丸细胞应用前景

2.3.1精原干细胞的应用前景精原干细胞是目前生命科学研究的热点。精原干细胞的分离与体外培养、同种或异种移植技术的成熟都将有助于探索精子发生的机制，可用于保护有特殊价值的基因物质，为转基因动物和保护珍稀濒危动物物种等领域开辟广阔的前景。男性肿瘤患者在接受放化疗后，其精子发生过程损害并导致不育，可利用治疗前低温储存精原干细胞在患者治愈后将其移植回体内，恢复患者生精功能。精原干细胞niche 还可以解决由于精原干细胞缺陷造成的男性不育的疾病。

2.3.2支持细胞应用前景

2.3.2.1共培养提高存活率支持细胞与大鼠胰岛细胞共培育研究证实，支持细胞与解冻的大鼠胰岛细胞共培育，可提高冷藏保存的胰岛细胞的存活率并改善其功能。其主要机制可能为：①拮抗凋亡基因Bax；②阻滞胞质中的细胞色素c激活caspasa；③抗氧化和维持细胞内钙稳态。近年来，许多实验研究均证实，通过与支持细胞共培养，可提高目标细胞存活率。国外已经计划睾丸支持细胞与胰岛素共移植治疗糖尿病，为糖尿病治疗提供新思路[7]。

2.3.2.2治疗帕金森病支持细胞具有较好的营养支持作用，众所周知帕金森病是神经干细胞凋亡引起的一种疾病，理论上向目标区域移植睾丸支持细胞，利用其可分泌营养物质和蛋白滋养其它细胞作用，可提高目标神经干细胞的存活率，诱导神经干细胞分化成多巴胺能神经元，最终治疗或控制帕金森病[8]。体外研究证实将支持细胞与胚胎中的脑细胞共培养后，脑细胞神经生长明显增加，TH阳性多巴胺比重上升。