_精原干细胞增殖和分化相关因子的研究进展_精原干细胞增殖和分化相关因子的研究进展

NJA中华男科学杂志

National Journal of Andrology

Zhonghua Nan Ke Xue Za Zhi

2010，17(3):268－272 http://www．androl．cn

Mini Review ·综述·

精原干细胞增殖和分化相关因子的研究进展

孙大林，张新东综述;金保方审校

(南京中医药大学男科学研究所，江苏南京210046)

【摘要】临床上，非梗阻性无精子症患者由于睾丸中没有精子而无法进行辅助生殖治疗，精原干细胞方面的研究，可能为这部分患者带来希望。本文就近年来精原干细胞增殖分化的分子调控机制进行综述。

【关键词】男性不育;精原干细胞;增殖;分化

中图分类号:R698+．2文献标志码:A文章编号:1009-3591(2011)03-0268-05①

Molecular mechanisms of proliferation and differentiation of spermatogonial stem cells

SUN Da-lin，ZHANG Xin-dong，JIN Bao-fang

Research Institute of Andrology，Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，Nanjing，Jiangsu210046，China

【Abstract】Clinically many patients with non-obstructive azoospermia cannot benefit from assisted reproductive technology for ab-sence of spermatozoa．However，the achievement in the studies of spermatogonial stem cells has brought hope to this cohort．This arti-cle reviews the molecular mechanisms of the proliferation and differentiation of spermatogonial stem cells，in such aspects as related genes，growth factors，and so on．Natl J Androl，2011，17(3):268－272

【Key words】male infertility;spermatogonial stem cell;proliferation;differentiation

Correspondence to:JIN Bao-fang，email:hexiking@126．com

Received:September19，2010;accepted:December20，2010

辅助生殖技术的应用，极大地改善了目前男性不育治疗上的困境，但仍有很多男性不育症患者由于睾丸中没有精子而无法进行治疗。精原干细胞(spermatogonial stem cells，SSCs)是一群位于生精上皮基底部，具有高度自我更新和多向分化潜能的细胞，是精子发生的起始细胞。随着SSCs的研究和广泛应用，为这部分无精子患者带来了希望，也将为少、弱精子症患者的诊治提供指导意义。本文就近年来SSCs增殖和分化的分子调控机制所取得的进展作一综述。

精原细胞可分为A、B型。单个未分化的A型精原细胞即SSCs，又称为A single(A s)型精原细胞，其数量仅占生殖细胞的0．03%。A s型精原细胞可以进行自我更新，也可以分裂增殖产生2个精原细胞合胞体，称A paired(A pr)精原细胞，或生成4、8、16个精原细胞的合胞体，称A aligned(A al)精原细胞。A al型进一步分化，依次形成A1型、A2型、A3型、A4型、In型、B型精原细胞，B型精原细胞分化则形成初级精母细胞，再分化为成熟精子。根据增殖行为特性和功能可将精原细胞划分为3个类群:干细胞型精原细胞，即A s型;定向增殖型精原细胞，包括A pr型和A al型;分化型精原细胞，包括从A1型至B型间的各类型精原细胞。

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①作者简介:孙大林(1986-)，男，河南南阳市人，硕士研究生，从事男科学专业。Email:daling11@126．com

通讯作者:金保方，Email:hexiking@126．com

DOI:10.13263/ki.nja.2011.03.018

1SSCs增殖

精子发生是一个复杂的过程，SSCs通过增殖分裂而最终分化为精子。这个过程要求SSCs具有不断自我复制更新的能力，从而提供一个可以连续分化的细胞群。小鼠从出生到性成熟，SSCs数量不断地增加，成年时SSCs数量大约有2ˑ104个，此后始终维持这个数量不变。目前，关于SSCs如何自我更新而维持其数量稳定的机制依然不清，大量研究表明，许多基因及生长因子参与了这一过程。

1．1睾丸生精小管细胞中的胶质细胞来源神经生长因子(glial cell line derived neurotrophic factor，GD-NF)是由支持细胞(Sertoli细胞)分泌的，属于转化生长因子-β超家族的一个成员。SSCs表达的GDNF受体复合物包括GDNF家族受体α1(GDNF family receptor alpha1，GFRα1)和受体酪氨酸激酶Ret受体。

Tadokoro等［1］利用睾丸没有生育能力的小鼠模型来研究SSCs自我更新机制，由于缺乏分化能力，从而消除了SSCs自我更新的同时产生分化成熟的子细胞的干扰。结果发现，在高浓度的GDNF作用下，未分化精原细胞的增殖加速进行，同时还发现GDNF浓度的主要调控因素为卵泡刺激素。有研究表明，BCL-6是一种参与调控GDNF的转录抑制基因，抑制BCL-6基因mRNA的表达将抑制SSCs的增殖，BCL-6基因缺失的小鼠，生精小管中的精原细胞发生退化变性［2］，表明其可能是通过调节GDNF 的含量而调控SSCs的增殖。

1．2早幼粒细胞白血病锌指蛋白(the promyelocytic leukaemia zinc finger，PIZF)是锌指蛋白145 (Zfp145)编码的转录抑制物，仅表达于精原细胞及未分化的SSCs中，在精子生成中发挥重要作用［3］。

对luxoid突变体小鼠的研究表明，此类小鼠只能产生少量的精子，出生后随着年龄的增长而失去所有生殖细胞。将luxoid小鼠生殖细胞移植到W/ Wv受体小鼠后，其生殖细胞不能在受体小鼠睾丸中增殖，说明其SSCs存在内源性损伤。Buaas等［4］发现小鼠突变体luxoid中，编码PIZF的基因包含一个无义突变，突变发生在编码PIZF的基因Zfp145，表明Zfp145调控SSCs的自我更新。Zfp145靶向断裂小鼠随着鼠龄的变化而发生一系列的精原细胞的丢失，并伴随细胞凋亡增加和生精小管结构的变化，但Sertoli细胞不受影响［3］。

1．3TATA盒结合蛋白相关因子(TATA-binding protein-associated factors，Tafs)在RNA聚合酶II 转录调节过程中起重要作用，Taf-4b是Tafs的一个亚基。Taf-4b缺失小鼠，在出生早期，睾丸组织结构是正常的，但是出生后3d，则表现为生殖母细胞增殖功能受损，SSCs标志性分子c-Ret、PIZF、视黄酸激活基因Stra8(stimulated by retinoic acid gene8)的表达量下降，3个月后则完全丧失了生殖能力，随之发生生殖细胞的丢失。这些表明Taf-4b对精子发生以及SSCs增殖具有重要的作用［5］。

1．4转录因子Ets差异基因5(Ets variant gene5，Etv5)是由Sertoli细胞分泌的一种转录因子，破坏小鼠Etv5基因，可导致SSCs缺失，造成唯支持细胞综合征和无精子症。运用微阵列分析法，同野生型(WT)小鼠相比较，Etv5(Etv5-/-)敲除的小鼠，几种趋化因子表达量和原始生殖细胞(primordial germ cells，PGCs)的迁移明显减少［6］。Chen等［7］运用微阵列分析Etv5缺失小鼠的原始Sertoli细胞，发现调节造血干细胞龛(niche)的一些保守因子发生改变，基质细胞源性因子12(stromal cell-derived factor12，Cxcl12)，Cxcl15等趋化因子大量减少，这些趋化因子可能是调控SSCs自我更新的信号分子。Morrow 等［8］研究表明，Etv5缺失，可能通过影响Sertoli细胞的功能，进而造成SSCs缺失，其作用机制可能是通过降低突变鼠CLDN5蛋白水平，进而损伤血睾屏障。

最近有研究表明集落刺激因子1(colony stimu-lating factor1，CSF1)是小鼠SSCs自我更新的外源性调节因子［9］，集落刺激因子1受体(colony stimu-lating factor1receptor，CSF1R)在富含THY-1+标记的SSCs中表达增强。在加入CSF1的培养基中，SSCs增殖明显增强。Sada等［10］研究表明RNA结合蛋白Nanos2是SSCs增殖调控的重要蛋白，用谱系追踪分析法发现未分化的SSCs表达Nanos2，出生后Nanos2缺失小鼠发生SSCs耗竭，高表达Nanos2则发生未分化SSCs的富集。

2SSCs分化

SSCs分化要经历3个关键点，第一个关键点是从A s到A pr精原细胞，生殖细胞由一些体积逐渐变大且相互间有联系的细胞克隆组成，从Apr以后所有细胞分裂后，其子细胞都以细胞间桥相联系;第二步分化是从A al到A1精原细胞，这一步在细胞行为方面发生了显著的变化，细胞周期开始缩短，细胞增殖的方式也发生了改变;第三个关键点是从A1到B 型精原细胞，精原细胞克隆呈现高度同步化，这些分裂均发生在细胞周期的特定阶段。