睪丸細胞的生物學特征及研究進展

摘要：睪丸形態與功能的維持主要依靠生精細胞、支持細胞、管周肌樣細胞、間質細胞發揮作用。生精細胞、支持細胞功能的正常是精子發生的基礎，管周肌樣細胞的收縮促使精子排出至睪丸網，間質細胞是睪酮的主要來源。目前，睪丸細胞研究主要集中在細胞體外培養、細胞基因組學、細胞應用三大領域。本次研究將分別探討生精細胞、支持細胞、管周肌樣細胞、間質細胞的的生物學特征及其研究進展。

關鍵詞：生精細胞；支持細胞；管周肌樣細胞；間質細胞；生物學；應用

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構成，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，是精子發生的場所，主要由支持細胞（Sertoli cell）、生精細胞（spermatogenic cell）組成。小管上皮基膜外有膠原纖維和管周肌樣細胞（peritubularmyoid，PTM）。睪丸間質是含有大量的血管及淋巴管的疏松結締組織，其中含有大量的間質細胞（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胞、支持細胞、管周肌樣細胞、間質細胞的的生物學特征及其研究進展。

1 睪丸細胞生物學特點

1.1生精細胞 精子發生既是一個復雜的生物形態與遺傳變化過程，又是一個復雜、特異的細胞分化過程，是生命周期循環的重要環節之一，其中生精細胞生物學變化起到關鍵作用。人的精子發生需要（64±4.5）d， 需要經過精原細胞增殖分化、精母細胞減速分裂、形成精子三個階段。

精原細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期的原始生殖細胞，分化形成生殖母細胞并逐漸遷移至生精上皮基膜，經過細胞分裂分化成為以精原干細胞（SSCs） 為主的精原細胞，SSCs可自我更新，又能定向分化成精母細胞。大鼠的精原細胞可分為A型、中間型、B型精原細胞，Huckins提出將大鼠的精原細胞分為三部分，即貯備型精原干細胞（As），更新或增值型精原細胞（Apr-Aal）和分化型精原細胞（A1～A4-In-B）[1]，前兩者也可以稱之為未分化型精原細胞。As一般情況下處于休止狀態，只有在其他類型的精原細胞耗盡的情況下才會進行分裂。單個的精原細胞As分裂形成成對Apr精原細胞，Apr精原細胞再分裂分化成4、8、16個鏈狀精原細胞（Aal），Aal再分裂形成分化型A型精原細胞（A1～A4）四個亞型及中間型（In）、B型精原細胞。初級精母細胞內細胞器增多，有發達的高爾基復合體，在組織切片中可觀察到大量處于各階段的初級精母細胞，分裂完成后次級精母細胞便很快開始第二次減數分裂，因次級精母細胞存在時間短，故在組織切片中不易看到，此時次級精母細胞不進行染色體復制，形成單倍體圓形精子細胞，最終形態改變形成精子。

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

支持細胞可分泌生長因子（如TGFα、TGFβ、IGF-1、IL-1）、轉運蛋白（如雄激素結合蛋白、轉鐵蛋白、銅藍蛋白）、類固醇等物質，為精子細胞提供營養物質，同時還起到包裹生殖細胞質突起和釋放管腔作用。支持細胞分泌的生長因子可支持精原細胞的增殖分化[3]。支持細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節睪丸間質細胞的功能。

1.3管周肌樣細胞 管周肌樣細胞（peritubularmyoid，PTM）又可稱為管周收縮細胞或管周細胞，于生精上皮基膜外呈環形排列，不同種屬動物管周細胞排列及層數不同，嚙齒類動物呈單層排列，而人類的管周細胞有3～4層[4]。管周肌樣細胞扁平呈長形，輪廓平滑，核橢圓，胞質內除了有細長的線粒體、發達的高爾基復合體、內質網以及游離核糖體外，還有有大量細絲束和細絲，兩者都是肌動蛋白或類肌動蛋白樣的物 質[5]，管周細胞具有平滑肌細胞的主要結構特征，是界膜收縮和舒張的基礎，界膜的舒縮作用可維持生精小管內的壓力，促使精子和睪丸液的排出睪丸網。此外，管周細胞還有合成細胞外基質及分泌生物活性物質等功能， 對睪丸精子發生和合成雄激素起調節作用。

1.4間質細胞 睪丸間質細胞（Leydig cell）存在于雄性動物睪丸生精小管之間的疏松結締組織中，是填充睪丸間質的主要細胞成分。成熟的間質細胞大體呈圓形，核居中，核仁明顯，滑面內質網豐富，高爾基復合體發達，成熟的間質細胞占睪丸細胞數量的 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。間質細胞隨著年齡的增長而發育，可分為胚胎期、嬰幼兒期、青春前期、青春期、成年期、老年期幾個階段。間質細胞分泌雄激素將會在胚胎期、新生兒期、青春期出現3次高 峰[4]。

2 睪丸細胞研究進展

2.1睪丸細胞體外培養 生精細胞體外培養一般采用組織培養與混合細胞培養兩類方法，組織培養可獲得減數分裂后的分化細胞，但分裂速度較體內更快。但該法無法進行有關于精子發生所需條件以及睪丸內細胞間相互關系研究，故當前該法僅用于培養一些不易分裂的生精細胞。生精小管培養主要通過切片處理的細小曲細精管碎片或者片段完成，可進行體外模擬，培養體中的支持細胞可為生精細胞提供營養支持，避免組織因缺氧大片壞死，但在培養中支持細胞結構與功能會發生較大的改變，增殖、分化率低，不利于長期培養。

2.2睪丸細胞基因組學 目前，睪丸細胞基因組學研究主要集中在生精細胞領域，已完成的人類基因組序列研究發現，存在于精子發生有關的染色體，在生精細胞發育過程中，相關基因的突變與缺失便可能造成精子發生障礙。保守估計，精子發生過程中至少有300個基因參與，數百種RNA和蛋白質參與這些基因程序性表達。

2.3睪丸細胞應用前景

2.3.1精原干細胞的應用前景 精原干細胞是目前生命科學研究的熱點。精原干細胞的分離與體外培養、同種或異種移植技術的成熟都將有助于探索精子發生的機制，可用于保護有特殊價值的基因物質，為轉基因動物和保護珍稀瀕危動物物種等領域開辟廣闊的前景。男性腫瘤患者在接受放化療后，其精子發生過程損害并導致不育，可利用治療前低溫儲存精原干細胞在患者治愈后將其移植回體內，恢復患者生精功能。精原干細胞 niche 還可以解決由于精原干細胞缺陷造成的男性不育的疾病。

2.3.2支持細胞應用前景

2.3.2.1共培養提高存活率 支持細胞與大鼠胰島細胞共培育研究證實，支持細胞與解凍的大鼠胰島細胞共培育，可提高冷藏保存的胰島細胞的存活率并改善其功能。其主要機制可能為：①拮抗凋亡基因Bax；②阻滯胞質中的細胞色素c激活caspasa；③抗氧化和維持細胞內鈣穩態。近年來，許多實驗研究均證實，通過與支持細胞共培養，可提高目標細胞存活率。國外已經計劃睪丸支持細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 支持細胞具有較好的營養支持作用，眾所周知帕金森病是神經干細胞凋亡引起的一種疾病，理論上向目標區域移植睪丸支持細胞，利用其可分泌營養物質和蛋白滋養其它細胞作用，可提高目標神經干細胞的存活率，誘導神經干細胞分化成多巴胺能神經元，最終治療或控制帕金森病[8]。體外研究證實將支持細胞與胚胎中的腦細胞共培養后，腦細胞神經生長明顯增加，TH陽性多巴胺比重上升。

3 結論

生精細胞、支持細胞與間質細胞是睪丸三大功能細胞，生精細胞、支持細胞具有廣闊的應用前景。當前，有關于生精細胞、支持細胞與間質細胞的生物學特性研究成果較多，但有關于管周細胞的研究及以上三類細胞相關臨床應用技術較少，細胞體外培養方法與模型尚不成熟，細胞間關聯機制研究不夠透徹，睪丸微環境創造與維持仍無突破性進展，需要我們加大對睪丸細胞的研究力度，使其具有更為廣闊的臨床應用前景。

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編輯/肖慧