调控精原干细胞的进展

精原干细胞(spermatogonialstemcells，SSCs)位于雄性动物睾丸的曲细精管基膜上，是精子发生的基础。它一方面可以自我增殖维持自身数目的相对恒定，另一方面可以经过数次有丝分裂后进入减数分裂，形成精母细胞，最终形成精子，既具有自我更新的潜能，又具有定向分化的潜能，是自出生后直至整个生命期间进行自我更新并能将基因传递至子代的唯一成体干细胞。近年来，国内外学者对SSCs进行了大量的实验研究，在SSCs的自我更新和分化的调节机制方面有了一定的新进展(Oatley＆Brinster，2008)，这使我们更好地阐明精子发生的机理，以及对其他组织中成体干细胞增殖分化的调节机制的进一步研究提供了依据。

1SSCs的生物学特性

SSCs起源于原始生殖细胞(primordialgermcells，PGCs)，在靠近尿囊根部的卵黄囊内胚层发生。这类细胞多镶嵌在支持细胞侧面生长，呈圆形，具有比较大的细胞核，呈圆形或轻微卵圆形，胞质较少，核仁呈网状2～3个多靠近核膜存在，核内常染色质占绝对优势，为细密均匀的颗粒，异染色质很少，胞质内核糖体、线粒体较丰富，其他细胞器不发达，线粒体呈圆形或椭圆形，常数个聚集存在或者散布于靠近核膜的胞质区域内，内有板层状的线粒体嵴。在小鼠第11.5d胚龄时，PGCs迁移到生殖嵴，并在此增殖，13.5d胚龄时PGCs停止分裂。在雌性，PGCs启动减数分裂向卵母细胞分化;在雄性，PGCs在胎儿睾丸曲细精管被支持细胞包绕后变为生精母细胞(gonocyte)，经几天分裂后停滞于G0/G1期，并保留了干细胞的潜能直到出生。出生后不久，它恢复增殖并启动精子发生过程(Brinsteretal.，2002)，大约6d左右迁移至曲细精管基膜，成为以SSCs为主的精原细胞。SSCs的数量很少，在成年小鼠睾丸中约有108个细胞，其中约有2×104个是SSCs，仅占睾丸所有生精上皮细胞总数的0.02%～0.03%，此后始终维持在这个数量不变。在小鼠整个性成熟过程中，SSCs的数量呈渐进性增长，从出生到成年，SSCs的数量增加了约39倍(Shinoharaetal.，2000)。

2SSCs的特异性标志

目前对精子发生的分化过程已取得基本的认识，但对SSCs本身的生物学特性了解较少。因此，对SSCs主要分子标记的研究是对其进行分离、鉴定和生物学特性深入研究的前提。精原干细胞和其他干细胞表面的标志物存在一定的相似性，如SSEA-1、SSEA-3、SSEA-4、AP等(Gussonietal.，1999)。酪氨酸激酶受体c-kit表达于造血干细胞(haemopoe-iticstemcell，HSC)、胚胎干细胞(ES细胞)、原始生殖细胞(PGC)和减数分裂前生殖细胞，干细胞因子(stemcellfactor，SCF)和其受体c-kit在精原细胞的迁移、分裂和早期雄性生殖细胞分化中具有关键作用(Dobrinskietal.，1999);α6-整合素和β1-整合素在精原干细胞表面会形成二聚体，作为一种层粘连蛋白受体发挥作用，其也是鉴定精原干细胞的重要表面标志。Khaira等(2000)研究表明小鼠精原干细胞的表面标志可包括sidescatteralow，α6-和β1-整合素，CD24+，Thyl+，C-kit－av－整合素－，MHC-I－，CD9－等，而Kanatsu-Shinohara等还将EpCam+、CD34也作为精原干细胞表面特征。除此之外，还有很多对SSCs的分子标记的研究，现将哺乳动物睾丸SSCs的主要分子标记概括如下(表1)(Bartetal.，2010)。

3调控SSCs的主要进展

目前，科学家先后在体内和体外培养条件下研究了小鼠、大鼠、牛、羊、猪和人类等多种动物的SSCs的主要表型和维持体系。先后发现GDNF(Glialcelllinederivedneurotro-phicfactor，GDNF)、Plzf(poxvirusandzincfinger)、泛素、LIF(leukemiainhibitingfactor，LIF)等多种细胞因子和基因决定着SSCs的维持和分化。

3.1调控SSCs自我更新和分化的主要分子

3.1.1GDNF

GDNF是第一个被确认的能够调控精原干细胞自我更新和分化的细胞因子，它是由睾丸支持细胞产生的，以旁分泌的方式作用于精原干细胞，其对精原干细胞自我更新的调控具有剂量依赖性(Mengetal.，2000;Jonathanetal.，2009;Spinnleretal.，2010)。支持细胞分泌的胶质细胞源神经营养因子能够使SSCs很好地协调自我更新与分化，GDNF是一个与转化生长因子β超家族相关的成员，也是一个对特定神经元起作用的营养因子，而这种因子可通过旁分泌的方式促进SSCs的增殖，且是一个调节多种细胞发育和分化的多功能信号分子(DeRooijetal.，2006)。GDNF发挥其调控功能的具体分子机制已通过微阵列技术获得。在培养基中培养6日龄老鼠的SSCs，SSCs能够正常表达GDNF，之后使一部分SSCs的GDNF表达受抑制，此时调控SSCs分化起点的基因也会受影响。由此得知，GDNF在SSCs的分化过程中起到了调控作用。GDNF的异常表达，或者支持细胞的过度表达会使A型精原细胞(type-Asinglespermatoonia，As)增多，同时抑制精子发生(Yomogidaetal.，2003)。因此，当小鼠中的GDNF过度表达时，会形成大量的精母细胞，经过大约一年的时间形成干细胞瘤(Mengetal.，2001);体内缺乏GDNF的小鼠，精子发生不能正常进行。由此得知，GDNF在SSCs的自我更新和分化过程中起到了重要的调控作用，GDNF过多会抑制干细胞的分化，引起干细胞的积聚甚至干细胞的损耗(DeRooijetal.，2006)。GDNF是调控精原干细胞体外自我更新的最基础生长因子，其调控作用具有剂量依赖性。研究显示，GDNF对mGSCs的自我更新的调控主要通过PI3K/Akt、Ras/Erk1/2、Src家族激酶等信号通路来实现(Heetal.，2009)。

3.1.2Plzf

转录抑制物家族POZ(poxvirusandzincfinger)的成员早幼粒细胞白血病锌指蛋白(promyelociticleukemiazincfingerprotein，Plzf)也与SSCs的更新、分化有关。研究表明，Plzf在luxoid突变老鼠中是破坏基因，通过正常luxoid突变的老鼠逐渐表现出SSCs的丢失(Buaasetal.，2004;Cos-toyaetal.，2004)。因此，Plzf基因对SSCs的更新、分化也起到了调控的作用。Plzf蛋白质存在于As、Apl、Aal精母细胞中。Plzf和Bcl6b都有阻止SSCs分化的作用，但只有Bcl6b受GDNF的控制(Oatleyetal.，2006)。通路下游因子Plzf和Bcl6b对SSCs的调控还有待研究，很有可能与辅阻遏物N-CoR和SMRT有关(Payne＆Braun，2006)。