2023年8月4日，中国医学科学院基础医学研究所宋伟团队和余佳团队合作在Science Advances《科学进展》发表了题为“Decoding the spermatogonial stem cell niche under physiological and recovery conditions in adult mice and humans（解码成体人和小鼠生理和损伤修复状态下的精原干细胞生态位）”的研究长文。该研究全景式绘制睾丸稳态和再生反应条件下精原干细胞微环境构成基础及分子互作规律，构建了哺乳动物（人/小鼠）精原干细胞-体细胞的受体-配体和信号通路互作网络图谱，并发现关键调控因子（CCL24、IGFBP7）驱动精原干细胞再生新途径及调控机理。

长期大量的抗肿瘤化疗药物对男性生育力造成不可逆转的破坏，成为众多抗癌成功后男性特别是青少年患者的主要困扰之一。精原干细胞（spermatogonial stem cells，SSCs）是精子发生建立和维持的关键细胞群体，对于男性不育患者的再生疗法表现出极大潜力。精原干细胞的稳态平衡与再生能力往往依赖于睾丸微环境（也称“生态位”）的有序调控，然而，目前针对睾丸生态位与精原干细胞协同发育规律、功能形成及维持机制仍了解不清。

本研究团队首先利用单细胞转录组学比较哺乳动物（人/小鼠）生理条件下睾丸微环境细胞组成、功能及动态变化规律异同，发现其主要由支持细胞、间质细胞、管周肌样细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、间充质细胞和内皮细胞组成，结合微环境细胞配体与精原干细胞受体互作图谱以及信号通路调控网络，阐明了微环境各组分对精原干细胞稳态与再生的调控作用。除了传统认知的支持细胞和间质细胞对精原干细胞发育的调控与维持，研究新发现巨噬细胞、内皮细胞与精原干细胞之间同样存在紧密交互作用，并且这种细胞-细胞互作模式在物种间高度保守

由于睾丸生态位各组份与生精细胞之间的复杂信息交互及反馈调节，在精原干细胞发育的瞬态窗口难以捕获到微环境/精原干细胞特异性的动态分子互作规律。为此，本研究团队巧妙运用Kit^W/Wv基因突变小鼠作为研究模型，该小鼠存在c-Kit基因W位点和W^v位点杂合突变导致睾丸内缺失功能性生精细胞，仅留存少量未分化型精原干细胞并且具备功能正常的生态位，这为研究微环境特异性调节精原干细胞稳态与再生提供了理想模型。本研究团队在此基础上进一步建立微环境再生修复模型，联合单细胞转录组学首次解析睾丸生态位再生反应条件下各组分的动态变化、功能形成和维持机制。基于每种细胞类型生物学特性与转录组特征，发现微环境调控精原干细胞稳态与再生的关键信号通路（PI3K-Akt、Ras、Rap1、MAPK、Hippo signalling pathways）。此外，本研究团队对微环境各组分的旁分泌因子进行多层次筛查，除了经典功能性旁分泌因子GDNF 和 FGF2，共鉴定20个潜在功能的新型旁分泌因子。进一步结合在体、离体研究模型，研究发现旁分泌因子IGFBP7、TEK及CCL24可特异性维持精原干细胞干性及自我更新，而AGT、COL4A2和TGFBR3可促进精原干细胞分化。最后，基于男性不育的临床资源，本研究团队筛查发现上述功能性旁分泌因子的异常表达与非梗阻性无精子症紧密关联，暗示其作为精子发生障碍诊断分子标志物及潜在治疗靶点的可能性（图1）。

图  1 精原干细胞/微环境的功能形成及机制维持

综上所述，本研究深入解码睾丸生态位生理发育与再生修复过程精原干细胞微环境调控多维度、多尺度信息，解析微环境细胞组成、功能及动态变化，阐释关键旁分泌因子IGFBP7、CCL24等调控精原干细胞稳态与再生的功能形成及维持机制，有望克服精原干细胞（例如人/小鼠）体外扩增困难、难以长期维持干性、分化效率低下等问题，并为男性不育诊断标记物及治疗新策略提供资源和方案（图2）。

图   2 精原干细胞/微环境构筑及互作调控机理

本研究工作得到中国医学科学院医学与健康科技创新工程（2021-1-I2M-019、2017-I2M-3-009）、全国重点实验室专项经费（2060204）、国家重点研发计划（2022YFA0806302、2018YFC1003500、2019YFA0801800、2019YFA0802600）等项目支持。中国医学科学院基础医学研究所靳程博士后和王志鹏博士为该论文的共同第一作者，宋伟研究员、余佳研究员和李凯副研究员为该论文共同通讯作者。

论文链接：http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3173