精原干细胞在男性生殖医学领域应用现状

张华锋赵 佳

1. 山东省青州市人民医院泌尿外科（青州 262599）;2. 山东省潍坊医学院附属益都中心医院

精原干细胞在男性生殖医学领域应用现状

张华锋1赵 佳2

1. 山东省青州市人民医院泌尿外科（青州 262599）;2. 山东省潍坊医学院附属益都中心医院

干细胞是具有自我更新、分化和移植后能够向特定组织种群分化的一类原始细胞。近年来，随着干细胞技术发展，从基础医学到临床应用（神经系统疾病、血液病、自身免疫性疾病）等治疗取得突破性进展。根据其发育阶段，干细胞通常被分为胚胎干细胞、成体干细胞。精原干细胞（Spermatogonial stem cells SSCs）隶属成体干细胞，同样具有自我更新和分化潜能。

一、精原干细胞的定义及其分化调控

（一）精原干细胞的定义、分类

SSCs是来源于分化程度低的生殖母细胞，一次分裂可形成两个分化细胞，也可形成一个分化细胞和一个干细胞等独特复制方式，但这种自我更新和分化方式受到周密调控。

成年鼠睾丸内有35000个SSCs，小鼠精原细胞分为3类：A型、中间型、B型。A型精原细胞中分化程度较低的为单个A型（As）、成对A型（Ap）和链状A型（Aal）。As精原细胞分裂产生由胞质间桥相连的一对Apr，Apr经过有丝分裂成为Aal，Aal进一步分化为A1～A4型中间型和B型精原细胞。哺乳动物的精原细胞分为2个亚群：已分化精原细胞和未分化精原细胞。后者又分为2类，一类是具有自我更新能力的真正的干细胞；另一类是潜在干细胞。

（二）影响精原干细胞分化调控的因素

1. 特定基因对精原干细胞的分化调控：可调控精原干细胞自我更新的基因在SSCs移植、SSCs长期培养模型等生物学研究中发挥重要作用。例如，转录抑制子Plzf 的丢失导致精原干细胞趋于分化而不进行自我更新； 八聚体转录因子4（OCT4）敲除的精原干细胞无论是体外培养还是移植都无法正常存活，说明SSCs的标志物OCT4对于SSCs的自我更新非常重要[1]。

2. 微环境对精原干细胞的分化调控：SSCs微环境[如其附近的精原细胞、支持细胞、胞外基质（ECM）中的各种生长因子和细胞因子]对精原干细胞的产生、自我更新与分化状态至关重要，微环境对精原干细胞的调节分为外源性和内源性。外源性通过内分泌、旁分泌运输到睾丸，间接调控SSCs的增殖和分化；内源性通过复杂的下丘脑-垂体-睾丸等机制作用于SSCs。国外学者Ryser等[2]研究发现，青春期前的精原细胞大多为SSCs，具有干细胞潜能，在支持细胞自我增殖的同时，可生成ECM成分，为SSCs提供生存微环境 。

3. 神经营养因子（GDNF）对精原干细胞的分化调控：GDNF均在鼠睾丸的支持细胞、周肌样细胞及间质细胞有所表达。大量体内外研究表明，GDNF是精原干细胞自我更新和增殖的关键调控因子。

支持细胞分泌的GDNF，以自分泌方式支持前支持细胞分裂增殖，从而促进睾丸发育。管周肌样细胞分泌GDNF，以旁分泌方式作用于毛细血管内皮细胞GDNF的受体GFR1，从而促进其增殖及分化[3]。

本人对小鼠体外试验时发现，GDNF对睾丸损伤后的睾丸组织生精功能具有保护和修复作用，同时提高抗氧化酶系统的抗氧化能力，从而改善睾丸生育能力[4, 5]。

4. 其他因素对精原干细胞的分化调控：有研究表明，组蛋白脱乙酰化酶（HDAC）表达下调后表现出的干细胞自我更新能力下降和分化标志物上调（Sirt4），可能与染色体重塑有关[6,7]。

Ets转录子调控在胚胎发生早期的血细胞生成、血管发生中，对其增殖分化凋亡发挥作用。国外学者等[8,9]研究发现，小鼠的Ets变异基因5（Etv5）被破坏后，在第一次生精过程中SSCs明显降低，且仅在支持细胞上有表型，进一步发现其支持细胞趋化因子9（CCL9），精原干细胞上有cc型趋化因子受体1（CCR1），两者相互吸引趋化，但这吸引趋化由Etv5表达体现，从而Etv5-/-的小鼠中会丢失精原干细胞。

二、精原干细胞的应用现状

小鼠的SSCs体外能完成生精过程，并培养出精子。近年来，此技术在其他物种体外培养也逐渐发展，包括猫、甚至还有人类[10,11]。

体外试验显示，通过应用细胞移植、组织培养等方式，精原干细胞分化为精子细胞和成熟精子已成熟[12]，此为临床研究提供重要参考价值。

体内试验显示，学者通过显微注射的方法已成功进行了精原干细胞移植到受体睾丸的生精小管中，并观察到了在受体的生精小管中有来自供体的生殖细胞。在之后研究显示，此移植成功率受种属差异睾丸微环境的影响，该研究对SSCs的再次认识开启了新的篇章[13]。

也有学者研究发现，在小鼠睾丸体内，精原干细胞移植后多数分布于生精小管内，少量在生精小管基膜处， 移植1、2个月之后，移植的精原干细胞沿着生精小管纵向不断扩增，形成细胞网或链 ，持续进行精子发生过程。

精原干细胞移植的最终目标，是实现临床不育治疗。在青春期前或青春期，对精原干细胞进行合理冻存，对睾丸恶性肿瘤后导致的永久性无精子症患者，提供了日后生育的可能性。 其次，对成年以后患有生殖系统疾病，并导致睾丸生精功能严重损伤的患者，可利用SSCs移植恢复治疗[14]。

三、展望

在生殖医学领域，人们对精原干细胞最大的期望是通过移植干细胞进行修复、重塑生精过程，甚至可通过应用于临床的细胞因子，达到最终治疗目的。但SSCs的数量极少，同时缺乏明确的表面标志物及分化抗原特征，现有医学技术无法得到高纯度的SSCs，同时还涉及移植后可接受性、安全性，甚至在伦理道德上认可性，这些都需要得到保证。

相信，随着医学细胞治疗时代的发展，技术手段和相关科技领域的共同进步，SSCs在男性生殖医学领域发展将呈现崭新的篇章。

干细胞; 生精上皮; 不育, 男性

1 Dann CT, Alvarado AL, Molyneux LA,et al. Stem Cells2008; 26(11): 2928-2937

2 Ryser S, Glauser D, Vigier M,et al. BMC Genomics2011; 12: 29

3 Caires K, Broady J, McLean D.J Endocrinol2010; 205(2): 133-145

4 张华锋, 赵佳. 中国男科学杂志 2013; 27(7): 7-9

5 邱胜华, 庄会文, 张华锋, 等. 中华男科学杂志 2013; 19(7): 612-616

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7 Kofman AE, Huszar JM, Payne CJ.Stem Cell Rev2013; 9(1): 59-64

8 Shaikhibrahim Z, Wernert N.Int J Oncol2012; 40(6): 1748-1754

9 Simon L, Ekman GC, Garcia T, et al.Stem Cells2010; 28(10): 1882-1892

10 Tiptanavattana N, Thongkittidilok C, Techakumphu M,et al. J Reprod Dev2013; 59(2): 189-195

11 Lim JJ, Kim HJ, Kim KS,et al. Biomed Res Int2013; 2013: 143028

12 Sato T, Katagiri K, Gohbara A,et al. Nature2011; 471(7339): 504-507

13 Ishii K, Kanatsu-Shinohara M, Shinohara T.J Reprod Dev. 2014; 60(1):37-46

14 Piravar Z, Jeddi-Tehrani M, Sadeghi MR,et al. J Reprod Infertil2013; 14(1): 17-22

（2014-02-10收稿）

10.3969/j.issn.1008-0848.2014.06.020

R 698.2