Protein & Cell | 王思/曲静/刘光慧合作揭示灵长类睾丸衰老的细胞分子机制

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关键词： Cell合作细胞揭示

资讯来源：BioArt

发布时间： 2022-11-23

作为男性生殖系统的重要器官之一，睾丸对于维持精子发生和性激素的合成至关重要。随着年龄增长，睾丸出现渐进性的功能退行，这不仅增加了男性不育的风险，还与増龄伴随的激素紊乱相关疾病，例如晚发性性腺功能减退的发生发展密切相关，严重影响了老年男性的生活质量。然而，睾丸组织结构精细且复杂，细胞组成具有高度异质性，其中包括处于多种不同发育阶段的生殖细胞及起着支持作用的各类体细胞，传统的研究技术难以精确揭示睾丸衰老过程中不同细胞类型的衰老规律及分子调控机制。此外由于伦理及样本来源的限制，不易获取跨不同年龄段健康男性的睾丸组织用于衰老规律的研究。目前尚缺乏全面深入的针对灵长类睾丸生理性衰老的研究，阻碍了人们对灵长类睾丸衰老机制的理解，限制了睾丸衰老及相关疾病干预手段的开发。

2022年11月18日，首都医科大学宣武医院国家老年疾病临床医学研究中心王思课题组、中国科学院动物研究所曲静课题组及刘光慧课题组合作，在Protein & Cell杂志在线发表题为 A single-nucleus transcriptomic atlas of primate testicular aging reveals exhaustion of the spermatogonial stem cell reservoir and loss of Sertoli cell homeostasis 的研究论文。该研究首次绘制了非人灵长类睾丸衰老的单细胞核转录组图谱，揭示精原干细胞库的耗竭和睾丸支持细胞稳态失衡是灵长类睾丸衰老的主要特征，为发掘睾丸衰老及増龄相关的男性生殖系统疾病的早期诊断标志物和潜在干预靶点提供了理论依据。

在该项研究中，研究人员分别获取了年轻和年老雄性食蟹猴睾丸组织。通过组织学分析发现睾丸组织表现出一系列増龄相关的退行性变化，主要包括年老睾丸组织间质和基底膜区域纤维化程度显著增加、年龄依赖性的脂质沉积增多、基底膜厚度增加等。值得注意的是，年老睾丸组织中SA-b-Gal阳性的衰老细胞比例大幅增加，并呈现出围绕曲细精管基底膜内部分布的模式。进一步通过对衰老细胞的身份进行鉴定，研究发现这些衰老细胞主要为睾丸支持细胞（Sertoli cell）及精原干细胞（spermatogonial stem cell）。此外，研究发现衰老过程中精原干细胞、睾丸支持细胞、睾丸间质细胞和管周肌样细胞大量丢失，这可能构成了睾丸増龄性结构及功能退变的细胞基础。

为了进一步在单细胞分辨率上解析灵长类睾丸衰老的细胞分子变化规律，研究人员构建了食蟹猴睾丸衰老的单细胞核转录组图谱，系统地揭示了睾丸组织中8种主要生殖细胞，包括精原干细胞、分化的精原细胞、早期/晚期精母细胞、早期/晚期圆形精子、延长形/长形精子细胞，以及7种主要体细胞包括睾丸支持细胞、睾丸间质细胞、管周肌样细胞、内皮细胞等在内的共15种睾丸细胞衰老伴随的基因表达特征。

通过重建精子发生过程的伪时间轨迹并分析増龄伴随的基因表达变化，研究发现衰老导致精子发生的各个阶段均出现基因表达的紊乱，主要表现为精原干细胞增殖异常、减数分裂扰动和精子形成过程受损。进一步，研究人员聚焦于精原干细胞，通过对衰老相关差异表达基因、细胞周期、重要转录因子调控网络的剖析，发现维持精原干细胞干性和未分化状态的基因呈下调表达，而调控细胞分裂的基因则呈上调表达，提示睾丸衰老过程中精原干细胞出现了干性丢失和过度增殖，进而加速了干细胞储库的耗竭。

值得关注的是，体细胞中睾丸支持细胞对衰老也表现出较高的敏感性，主要表现为强烈的衰老相关转录谱变化。研究人员进一步发现年老的睾丸支持细胞中紧密连接、雄激素信号通路相关基因，以及支持细胞标志基因均呈下调表达，提示睾丸支持细胞出现増龄伴随的功能退行。为了揭示睾丸支持细胞稳态失衡的机制，研究人员构建了睾丸支持细胞中的核心转录因子调控网络，发现维持睾丸支持细胞稳态至关重要的转录因子WT1 （Wilims’ Tumor 1）及其靶基因在衰老过程中表达均下调。实验证明，敲低WT1的人睾丸支持细胞表现出加速衰老、紧密连接蛋白表达降低和睾丸支持细胞标志分子表达降低等特征。以上结果表明， 増龄伴随的WT1下调可能是驱动睾丸支持细胞加速衰老、紧密连接受损、细胞身份丢失等稳态失衡的重要因素之一。