2023年8月23日，中国医学科学院基础医学研究所宋伟团队在eLife发表了文章“Identification of quiescent FOXC2⁺ spermatogonial stem cells in adult mammals（鉴定成体哺乳动物 FOXC2⁺静息期精原干细胞新群体）”，发现了FOXC2特异性标记的成体精原干细胞新亚群，并证明该细胞亚群作为“静息态精原干细胞”可以稳定维持全睾丸精子发生，且在精子再生过程中由“静息态”转变为“激活态”重建精子发生。

男性生育力依赖于持续的精子生成，而这一过程是由雄性生殖系干细胞（精原干细胞）经历有丝分裂、减数分裂和单倍体形成三个阶段最终形成成熟精子。为了维持稳定的精子产生，精原干细胞必须自我更新以维持干细胞池，同时生成未分化型精原细胞进行正常精子发生。尽管精原干细胞在成体睾丸中的存在无可争议，但它们的起源、身份和维持仍不清楚，领域内对于“Who is the true spermatogonial stem cells”一直存在争议，原因之一是缺乏能够将精原干细胞与未分化精原细胞池中其他细胞亚群明确区分的遗传标记。此外，静息态的成体干细胞被认为是抵抗基因毒药物损伤并启动再生的细胞群体，而目前关于成体精原干细胞的静息态特征及其在再生过程中的作用仍然未知。

该研究首先利用单细胞转录组测序技术解析人和小鼠精原干细胞异质性和动态发育规律，发现FOXC2⁺精原干细胞新亚群位于精原干细胞发育起点，与不同类型未分化精原细胞相比（single (A_s), paired (A_pr) , aligned (A_al)），FOXC2主要富集在As型（占60%）。有趣的是，FOXC2⁺新亚群绝大多数处于静息态（MKI67^-），只有5%处于增殖状态（MKI67⁺）。为了进一步揭秘FOXC2⁺新亚群的细胞身份、细胞命运及功能维持，本研究团队构建谱系示踪小鼠模型，发现FOXC2⁺ A_s可通过对称或不对称分裂产生三种 A_pr类型：FOXC2⁺/FOXC2⁺, FOXC2⁺/FOXC2^- 和 FOXC2^-/FOXC2^-。随着精子发生持续进行，研究还发现EOMES⁺、GFRA1⁺和PAX7⁺ 未分化精原细胞均来源于 FOXC2⁺精原干细胞的后代，并且睾丸中所有生殖细胞都来自FOXC2⁺精原干细胞产生的子代细胞，表明FOXC2⁺精原干细胞既能自我更新以维持干细胞池，又能产生精原祖细胞以补充未分化精原细胞池。此外，本研究团队还发现FOXC2⁺精原干细胞是化疗药物处理后仅存的精原干细胞群，并且可以恢复自我更新及分化以重建完整的精子发生过程，表明处于静息态的FOXC2⁺精原干细胞是启动精子再生的关键细胞群体。

为了探究FOXC2调控精原干细胞稳态与再生的功能形成和机制维持，本研究团队随后在生殖细胞中特异性敲除Foxc2基因，结果显示该基因缺失后并不影响第一波精子发生进程，然而会造成精原干细胞池逐渐耗竭最终导致雄性不育结局。联合单细胞转录组测序和CUT&Tag测序分析发现FOXC2可特异性结合靶基因启动子区域行使基因调控功能，进而负性调控细胞周期进程，表明FOXC2 可能充当门控开关，通过阻碍细胞周期进程来维持精原干细胞静息状态（图1）。

图   1 FOXC2⁺静息期精原干细胞新群体鉴定及调控机制

综上所述，本研究在成年小鼠和人睾丸组织中首次发现FOXC2⁺功能性精原干细胞新亚群，该细胞群体作为“静息态”精原干细胞可以稳定维持全睾丸精子发生，且该细胞群体对细胞毒性药物不敏感并在生精损伤后可完全恢复精子发生，因此提出了FOXC2⁺精原干细胞亚群调控生精细胞稳态与再生的新模型，该项研究有望为男性生育力保存和肿瘤化疗致男性不育患者的再生育提供潜在治疗机会。

同期，德克萨斯大学John R McCarrey教授和加州大学洛杉矶分校海港医学中心Wei Yan教授为该研究撰写Insight高度评价了该项研究工作: “All eyes on FOXC2: New evidence in mice suggests that cells expressing the transcription factor FOXC2 may form a reservoir of quiescent stem cells that contributes to sperm formation.”（见图2）。

图   2 FOXC2⁺静息期精原干细胞新群体稳定维持精子发生

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）等项目支持。中国医学科学院基础医学研究所王志鹏博士和靳程博士后为该论文的共同第一作者，宋伟研究员为该论文独立通讯作者。

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