睪丸細(xì)胞的生物學(xué)特征及研究進(jìn)展

摘要：睪丸形態(tài)與功能的維持主要依靠生精細(xì)胞、支持細(xì)胞、管周肌樣細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮作用。生精細(xì)胞、支持細(xì)胞功能的正常是精子發(fā)生的基礎(chǔ)，管周肌樣細(xì)胞的收縮促使精子排出至睪丸網(wǎng)，間質(zhì)細(xì)胞是睪酮的主要來源。目前，睪丸細(xì)胞研究主要集中在細(xì)胞體外培養(yǎng)、細(xì)胞基因組學(xué)、細(xì)胞應(yīng)用三大領(lǐng)域。本次研究將分別探討生精細(xì)胞、支持細(xì)胞、管周肌樣細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞的的生物學(xué)特征及其研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：生精細(xì)胞；支持細(xì)胞；管周肌樣細(xì)胞；間質(zhì)細(xì)胞；生物學(xué)；應(yīng)用

Abstract：Testicular morphology and function mainly depends on the maintenance of Spermatogenic cells、Sertoli cells、peritubularmyoid cells and Leydig cells.The normal function of Spermatogenic cells and Sertoli cells is the basis of spermatogenesis，The sperm released into Rete testis by the contraction of peritubularmyoid cells，Leydig cells is the main source of testosterone.Currently， the mainly research of testicular cells concentrated in vitro culture、genomics and cell applications.

Key words：Spermatogenic cells；Sertoli cells；Peritubularmyoid cells；Leydig cells；Biology；Applications

睪丸由生精小管和間質(zhì)構(gòu)成，1～4條生精小管（seminiferous tubule）高度盤曲于睪丸小葉中。管壁上皮為特殊的生精上皮，是精子發(fā)生的場(chǎng)所，主要由支持細(xì)胞（Sertoli cell）、生精細(xì)胞（spermatogenic cell）組成。小管上皮基膜外有膠原纖維和管周肌樣細(xì)胞（peritubularmyoid，PTM）。睪丸間質(zhì)是含有大量的血管及淋巴管的疏松結(jié)締組織，其中含有大量的間質(zhì)細(xì)胞（Leydig cell），其主要功能為合成和分泌雄激素。本次研究將分別探討生精細(xì)胞、支持細(xì)胞、管周肌樣細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞的的生物學(xué)特征及其研究進(jìn)展。

1 睪丸細(xì)胞生物學(xué)特點(diǎn)

1.1生精細(xì)胞 精子發(fā)生既是一個(gè)復(fù)雜的生物形態(tài)與遺傳變化過程，又是一個(gè)復(fù)雜、特異的細(xì)胞分化過程，是生命周期循環(huán)的重要環(huán)節(jié)之一，其中生精細(xì)胞生物學(xué)變化起到關(guān)鍵作用。人的精子發(fā)生需要（64±4.5）d， 需要經(jīng)過精原細(xì)胞增殖分化、精母細(xì)胞減速分裂、形成精子三個(gè)階段。

精原細(xì)胞位于生精小管基底室，基膜與之相接觸。其分化起始于胚胎時(shí)期的原始生殖細(xì)胞，分化形成生殖母細(xì)胞并逐漸遷移至生精上皮基膜，經(jīng)過細(xì)胞分裂分化成為以精原干細(xì)胞（SSCs） 為主的精原細(xì)胞，SSCs可自我更新，又能定向分化成精母細(xì)胞。大鼠的精原細(xì)胞可分為A型、中間型、B型精原細(xì)胞，Huckins提出將大鼠的精原細(xì)胞分為三部分，即貯備型精原干細(xì)胞（As），更新或增值型精原細(xì)胞（Apr-Aal）和分化型精原細(xì)胞（A1～A4-In-B）[1]，前兩者也可以稱之為未分化型精原細(xì)胞。As一般情況下處于休止?fàn)顟B(tài)，只有在其他類型的精原細(xì)胞耗盡的情況下才會(huì)進(jìn)行分裂。單個(gè)的精原細(xì)胞As分裂形成成對(duì)Apr精原細(xì)胞，Apr精原細(xì)胞再分裂分化成4、8、16個(gè)鏈狀精原細(xì)胞（Aal），Aal再分裂形成分化型A型精原細(xì)胞（A1～A4）四個(gè)亞型及中間型（In）、B型精原細(xì)胞。初級(jí)精母細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器增多，有發(fā)達(dá)的高爾基復(fù)合體，在組織切片中可觀察到大量處于各階段的初級(jí)精母細(xì)胞，分裂完成后次級(jí)精母細(xì)胞便很快開始第二次減數(shù)分裂，因次級(jí)精母細(xì)胞存在時(shí)間短，故在組織切片中不易看到，此時(shí)次級(jí)精母細(xì)胞不進(jìn)行染色體復(fù)制，形成單倍體圓形精子細(xì)胞，最終形態(tài)改變形成精子。

1.2支持細(xì)胞 支持細(xì)胞（Sertoli cell）是維持生殖上皮穩(wěn)定性與維持睪丸功能的關(guān)鍵細(xì)胞，是一種滋養(yǎng)型細(xì)胞，位于基部緊貼基膜，頂部伸向腔面，側(cè)面和管腔面有很多不規(guī)則的凹陷，其內(nèi)鑲嵌著各級(jí)生精細(xì)胞。支持細(xì)胞之間的連接復(fù)合體將生精上皮分為了基底室和近腔室，基底室有精原細(xì)胞和細(xì)線前期精母細(xì)胞，近腔室有精母細(xì)胞、精子細(xì)胞和精子[1]，為精子發(fā)生內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定提供了保障，支持細(xì)胞和精子細(xì)胞之間存在縫隙連接，此連接就像錨一樣在精子細(xì)胞鑲嵌在支持細(xì)胞上發(fā)揮作用[2]。

支持細(xì)胞可分泌生長(zhǎng)因子（如TGFα、TGFβ、IGF-1、IL-1）、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（如雄激素結(jié)合蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白、銅藍(lán)蛋白）、類固醇等物質(zhì)，為精子細(xì)胞提供營養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)還起到包裹生殖細(xì)胞質(zhì)突起和釋放管腔作用。支持細(xì)胞分泌的生長(zhǎng)因子可支持精原細(xì)胞的增殖分化[3]。支持細(xì)胞具有免疫豁免作用[1]，還可以通過自分泌與旁分泌作用調(diào)節(jié)睪丸間質(zhì)細(xì)胞的功能。

1.3管周肌樣細(xì)胞 管周肌樣細(xì)胞（peritubularmyoid，PTM）又可稱為管周收縮細(xì)胞或管周細(xì)胞，于生精上皮基膜外呈環(huán)形排列，不同種屬動(dòng)物管周細(xì)胞排列及層數(shù)不同，嚙齒類動(dòng)物呈單層排列，而人類的管周細(xì)胞有3～4層[4]。管周肌樣細(xì)胞扁平呈長(zhǎng)形，輪廓平滑，核橢圓，胞質(zhì)內(nèi)除了有細(xì)長(zhǎng)的線粒體、發(fā)達(dá)的高爾基復(fù)合體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及游離核糖體外，還有有大量細(xì)絲束和細(xì)絲，兩者都是肌動(dòng)蛋白或類肌動(dòng)蛋白樣的物 質(zhì)[5]，管周細(xì)胞具有平滑肌細(xì)胞的主要結(jié)構(gòu)特征，是界膜收縮和舒張的基礎(chǔ)，界膜的舒縮作用可維持生精小管內(nèi)的壓力，促使精子和睪丸液的排出睪丸網(wǎng)。此外，管周細(xì)胞還有合成細(xì)胞外基質(zhì)及分泌生物活性物質(zhì)等功能， 對(duì)睪丸精子發(fā)生和合成雄激素起調(diào)節(jié)作用。

1.4間質(zhì)細(xì)胞 睪丸間質(zhì)細(xì)胞（Leydig cell）存在于雄性動(dòng)物睪丸生精小管之間的疏松結(jié)締組織中，是填充睪丸間質(zhì)的主要細(xì)胞成分。成熟的間質(zhì)細(xì)胞大體呈圓形，核居中，核仁明顯，滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)豐富，高爾基復(fù)合體發(fā)達(dá)，成熟的間質(zhì)細(xì)胞占睪丸細(xì)胞數(shù)量的 2%～4%[6]，它的主要功能是分泌和合成睪酮，也是睪酮的主要來源，還可分泌少量雌激素及生物活性物質(zhì)。間質(zhì)細(xì)胞隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)育，可分為胚胎期、嬰幼兒期、青春前期、青春期、成年期、老年期幾個(gè)階段。間質(zhì)細(xì)胞分泌雄激素將會(huì)在胚胎期、新生兒期、青春期出現(xiàn)3次高 峰[4]。

2 睪丸細(xì)胞研究進(jìn)展

2.1睪丸細(xì)胞體外培養(yǎng) 生精細(xì)胞體外培養(yǎng)一般采用組織培養(yǎng)與混合細(xì)胞培養(yǎng)兩類方法，組織培養(yǎng)可獲得減數(shù)分裂后的分化細(xì)胞，但分裂速度較體內(nèi)更快。但該法無法進(jìn)行有關(guān)于精子發(fā)生所需條件以及睪丸內(nèi)細(xì)胞間相互關(guān)系研究，故當(dāng)前該法僅用于培養(yǎng)一些不易分裂的生精細(xì)胞。生精小管培養(yǎng)主要通過切片處理的細(xì)小曲細(xì)精管碎片或者片段完成，可進(jìn)行體外模擬，培養(yǎng)體中的支持細(xì)胞可為生精細(xì)胞提供營養(yǎng)支持，避免組織因缺氧大片壞死，但在培養(yǎng)中支持細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能會(huì)發(fā)生較大的改變，增殖、分化率低，不利于長(zhǎng)期培養(yǎng)。

2.2睪丸細(xì)胞基因組學(xué) 目前，睪丸細(xì)胞基因組學(xué)研究主要集中在生精細(xì)胞領(lǐng)域，已完成的人類基因組序列研究發(fā)現(xiàn)，存在于精子發(fā)生有關(guān)的染色體，在生精細(xì)胞發(fā)育過程中，相關(guān)基因的突變與缺失便可能造成精子發(fā)生障礙。保守估計(jì)，精子發(fā)生過程中至少有300個(gè)基因參與，數(shù)百種RNA和蛋白質(zhì)參與這些基因程序性表達(dá)。

2.3睪丸細(xì)胞應(yīng)用前景

2.3.1精原干細(xì)胞的應(yīng)用前景 精原干細(xì)胞是目前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。精原干細(xì)胞的分離與體外培養(yǎng)、同種或異種移植技術(shù)的成熟都將有助于探索精子發(fā)生的機(jī)制，可用于保護(hù)有特殊價(jià)值的基因物質(zhì)，為轉(zhuǎn)基因動(dòng)物和保護(hù)珍稀瀕危動(dòng)物物種等領(lǐng)域開辟廣闊的前景。男性腫瘤患者在接受放化療后，其精子發(fā)生過程損害并導(dǎo)致不育，可利用治療前低溫儲(chǔ)存精原干細(xì)胞在患者治愈后將其移植回體內(nèi)，恢復(fù)患者生精功能。精原干細(xì)胞 niche 還可以解決由于精原干細(xì)胞缺陷造成的男性不育的疾病。

2.3.2支持細(xì)胞應(yīng)用前景

2.3.2.1共培養(yǎng)提高存活率 支持細(xì)胞與大鼠胰島細(xì)胞共培育研究證實(shí)，支持細(xì)胞與解凍的大鼠胰島細(xì)胞共培育，可提高冷藏保存的胰島細(xì)胞的存活率并改善其功能。其主要機(jī)制可能為：①拮抗凋亡基因Bax；②阻滯胞質(zhì)中的細(xì)胞色素c激活caspasa；③抗氧化和維持細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。近年來，許多實(shí)驗(yàn)研究均證實(shí)，通過與支持細(xì)胞共培養(yǎng)，可提高目標(biāo)細(xì)胞存活率。國外已經(jīng)計(jì)劃睪丸支持細(xì)胞與胰島素共移植治療糖尿病，為糖尿病治療提供新思路[7]。

2.3.2.2治療帕金森病 支持細(xì)胞具有較好的營養(yǎng)支持作用，眾所周知帕金森病是神經(jīng)干細(xì)胞凋亡引起的一種疾病，理論上向目標(biāo)區(qū)域移植睪丸支持細(xì)胞，利用其可分泌營養(yǎng)物質(zhì)和蛋白滋養(yǎng)其它細(xì)胞作用，可提高目標(biāo)神經(jīng)干細(xì)胞的存活率，誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞分化成多巴胺能神經(jīng)元，最終治療或控制帕金森病[8]。體外研究證實(shí)將支持細(xì)胞與胚胎中的腦細(xì)胞共培養(yǎng)后，腦細(xì)胞神經(jīng)生長(zhǎng)明顯增加，TH陽性多巴胺比重上升。

3 結(jié)論

生精細(xì)胞、支持細(xì)胞與間質(zhì)細(xì)胞是睪丸三大功能細(xì)胞，生精細(xì)胞、支持細(xì)胞具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前，有關(guān)于生精細(xì)胞、支持細(xì)胞與間質(zhì)細(xì)胞的生物學(xué)特性研究成果較多，但有關(guān)于管周細(xì)胞的研究及以上三類細(xì)胞相關(guān)臨床應(yīng)用技術(shù)較少，細(xì)胞體外培養(yǎng)方法與模型尚不成熟，細(xì)胞間關(guān)聯(lián)機(jī)制研究不夠透徹，睪丸微環(huán)境創(chuàng)造與維持仍無突破性進(jìn)展，需要我們加大對(duì)睪丸細(xì)胞的研究力度，使其具有更為廣闊的臨床應(yīng)用前景。

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編輯/肖慧