非梗阻性無精子症（Non-Obstructive Azoospermia, NOA）是最嚴重的精子發生障礙，總體發病率為男性人群的1%，我國預估患者已高達500萬，這其中大部分為非遺傳因素導致。由於對NOA病因與病程知之甚少，導致治療手段極其匱乏，嚴重損害了男性健康與家庭社會和諧。目前對於參與人類生精微環境的體細胞成熟過程及其在無精症患者的病理變化鮮有系統報導。
近日，上海交通大學生命學院周智教授與上海交通大學附屬第一人民醫院李錚教授、中科院上海高等研究院王晨琛研究員和上海交通大學醫學院附屬兒童醫學中心孫杰教授合作，通過分析不同年齡段與健康狀況的人睪丸組織的單細胞測序數據，以睪丸生精微環境體細胞發育路徑為標尺，闡明了參與微環境構築的各類細胞發育進程，揭示了不同細胞類型之間的互作網絡的動態變化。首次詳細描繪了人睪丸生精微環境中體細胞尤其是支持細胞的發育路徑及其在非遺傳因素導致的男性不育患者中的病理變化特徵。
該研究成果以Single-cell analysis of developing and azoospermia human testicles reveals central role of Sertoli cells為題，在線發表於Nature Communications。
周智課題組一直致力於環境因素導致的生殖細胞發育障礙研究。在該研究中，研究人員通過對病人和正常人睪丸組織的單細胞測序分析，深入探索生理狀態下生精微環境的建立和成熟過程，理解環境因素在NOA患者發病原因和病理進展中的作用，發現3種NOA患者的睪丸支持細胞的轉錄狀態與正常成人相比發生了最顯著的改變。
圖 | 正常人和病人睪丸微環境細胞對比，支持細胞差異最顯著。
聚焦於支持細胞，時序分析表明生理狀態下支持細胞成熟經歷了3個連續且獨立的發育階段，更新了原本認為支持細胞只有成熟和不成熟兩種狀態的認知，而這一過程中支持細胞功能特徵和調控通路的動態變化與精子發生過程的推進密切相關。以支持細胞正常的發育路徑作為標尺，團隊發現特發性NOA支持細胞的轉錄組與正常的幼稚型支持細胞有約80%的重合度，表現為發育過程的譜系退化；而同樣缺乏生殖細胞的Y染色體微缺失和克氏症候群患者的支持細胞與生理髮育各階段均不相似，表現為細胞凋亡、異常免疫反應和激素代謝紊亂等病理性變化。這也提示，找到促進支持細胞成熟的關鍵信號，將有助於改善特發性NOA患者支持細胞功能和生精微環境。
基於單細胞轉錄組數據進一步的通路分析，課題組發現Wnt/β-catenin信號通路的激活是幼稚型支持細胞和特發性NOA支持細胞共有的典型特徵，提示其在調控支持細胞成熟中的重要作用。在體外培養的支持細胞中加入Wnt通路抑制劑處理14天後，支持細胞趨於成熟。另外，與精原細胞共培養實驗結果表明，誘導成熟的支持細胞與對照組相比能在更長時間段維持精原細胞的存活，提示其支持、營養生殖細胞功能的改善。
圖 | 支持細胞發育路徑及iNOA患者支持細胞成熟障礙導致不育的機制。
該研究以睪丸生精微環境體細胞發育路徑為標尺，闡明了參與微環境構築的各類細胞發育進程，揭示了不同細胞類型之間的互作網絡的動態變化。聚焦於睪丸支持細胞，通過系統地比較正常發育和NOA患者的轉錄特徵，發現了特發性NOA支持細胞譜系退化的特點，並且鑑定了Wnt通路作為誘導其成熟的潛在治療靶點。這些發現為後續進一步闡明睪丸發育過程，探究生精障礙的發病機制，開發有效幹預措施提供了新的理論基礎與實驗依據。
上海交通大學附屬第一人民醫院與上海科技大學聯合培養博士研究生趙亮宇、姚晨成，青島大學附屬醫院的荊濤為該文的共同第一作者。周智、李錚、王晨琛及孫杰為本論文的共同通訊作者。
來源：上海科技大學生命科學與技術學院