使用干細(xì)胞間質(zhì)細(xì)胞（SLCs）作為睪丸間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞的療法在治療老年男性間質(zhì)細(xì)胞（LC）功能障礙方面顯示出巨大的前景。然而，這些療法的結(jié)果并不令人滿意。

2024年11月，華南理工大學(xué)施雪濤團(tuán)隊在Advanced Science（IF=14.3）上發(fā)表了題為“Reconstructing the Stem Leydig Cell Niche via the Testicular Extracellular Matrix for the Treatment of Testicular Leydig Cell Dysfunction”的研究性論文。研究表明睪丸間質(zhì)內(nèi)老化的微環(huán)境損害了睪丸間質(zhì)干細(xì)胞的功能。為了解決這個問題，作者開發(fā)了一種脫細(xì)胞睪丸細(xì)胞外基質(zhì)（dTECM）水凝膠，它可以促進(jìn)SLCs增殖和分化為LCs。這種方法有效且持續(xù)地提高了睪酮水平，從而恢復(fù)了LC缺陷和老年小鼠的精子發(fā)生和生育能力。值得注意的是，這一過程改善了與睪酮缺乏相關(guān)的衰老相關(guān)癥狀，表現(xiàn)為肌肉質(zhì)量增加、骨質(zhì)疏松減輕、白色脂肪量減少和認(rèn)知功能改善?？偟膩碚f，研究揭示了使用dTECM代表了一種新的治療方法，以支持SLCs的再生活性和解決老年男性LC功能障礙。拜譜生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)譜分析檢測服務(wù)。

中文標(biāo)題：通過睪丸細(xì)胞外基質(zhì)重建干細(xì)胞間質(zhì)細(xì)胞生態(tài)位，用于治療睪丸間質(zhì)細(xì)胞功能障礙

期刊：Advanced Science

影響因子：IF=14.3，2024

客戶單位：華南理工大學(xué)

研究材料：細(xì)胞

拜譜提供技術(shù)：轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)譜分析

技術(shù)路線：

一、研究結(jié)果

01老齡化的生態(tài)位嚴(yán)重?fù)p害了SLC功能

為了研究衰老如何影響SLC，作者首先比較了這些細(xì)胞在年輕和老年小鼠中的功能。在老年小鼠中，SLC的數(shù)量相較于總睪丸細(xì)胞數(shù)顯著減少，并且從老年小鼠提取的SLC表現(xiàn)出較低的克隆形成效率和分化為類固醇生成細(xì)胞（LC）的能力，導(dǎo)致睪酮產(chǎn)生減少。這些結(jié)果表明，衰老損害了SLC的增殖和分化能力，衰老的SLC表現(xiàn)出干細(xì)胞衰老的典型特征（圖1a-d）。

干細(xì)胞在組織穩(wěn)態(tài)中的功能受到其生態(tài)位微環(huán)境的調(diào)節(jié)，因此研究進(jìn)一步探討了年輕和老年小鼠睪丸微環(huán)境對SLC功能的影響。實驗中，將年輕和老年SLC分別移植到3個月齡的乙烷二甲磺酸鹽（EDS）處理小鼠中，以評估它們在不同年齡的生態(tài)位中再生能力。結(jié)果顯示，年輕SLC在年輕小鼠的睪丸中存活率和分化能力優(yōu)于老年SLC，且能夠更好地恢復(fù)LC和睪酮水平。當(dāng)SLC從年輕小鼠移植到老年小鼠的睪丸中時，存活率和分化能力仍然受到衰老微環(huán)境的抑制。這表明，衰老的睪丸微環(huán)境對SLC的功能有顯著的不利影響。相反，將老年SLC移植到年輕小鼠的睪丸中，SLC的存活和功能得到一定程度的改善，表明年輕微環(huán)境對衰老SLC有恢復(fù)作用（圖1e-n）。

圖1| 移植到年輕和老年小鼠睪丸間質(zhì)的年輕和老年SLC的特征

(圖源：Chi A., et al., Adv Sci., 2024)

02通dTECM重建SLC生態(tài)位

SLC可以分化為具有正常睪酮產(chǎn)生能力的LC，這是通過干細(xì)胞替代療法成功治療睪酮缺乏癥的關(guān)鍵。因此，作者評估了dTECM是否影響SLCs的分化。收獲SLCs并誘導(dǎo)體外分化。培養(yǎng)7天后，對SLC（對照）、無dTECM分化的SLC（no-dTECM）和有dTECM分化的SLC（dTECM）進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）分析（圖2h）。檢測到對照組、無dTECM組和dTECM組中SLC的轉(zhuǎn)錄組譜存在明顯差異。對照組和無dTECM組之間有2398個下調(diào)和1462個上調(diào)的差異表達(dá)基因（DEGs）。上調(diào)基因的GO和KEGG分析顯示，它們在“細(xì)胞表面受體信號通路”和“粘著斑”等過程中富。基因集富集分析（GSEA）顯示與“類固醇激素生物合成”相關(guān)的基因表達(dá)顯著增加，表明SLCs在該分化培養(yǎng)系統(tǒng)中從干細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉只癄顟B(tài)。no-dTECM組和dTECM組之間有694個下調(diào)和1127個上調(diào)的DEGs。TdEM組中上調(diào)基因的GO分析和KEGG分析顯示，它們富集在“類固醇生物合成過程”、“細(xì)胞分化調(diào)節(jié)”、“細(xì)胞群增殖”和“ECM-受體相互作用”等過程中（圖2i），表明dTECM在促進(jìn)SLC增殖和分化中起重要作用。免疫熒光染色顯示dTECM組中的SLC產(chǎn)生了更成熟的LC（圖2J）。dTECM組的睪酮水平高于no-dTECM組（圖2K）。綜上所述，這些數(shù)據(jù)證實dTECM能夠維持細(xì)胞活力、促進(jìn)細(xì)胞增殖和促進(jìn)SLC分化。

圖2| 年輕的dTECM在體外促進(jìn)SLC增殖和分化。

(圖源：Chi A., et al., Adv Sci., 2024)

03dTECM-SLC治療促進(jìn)睪丸激素恢復(fù)并改善老年小鼠睪丸間質(zhì)的慢性炎癥

作者評估了dTECM-SLCs在老年小鼠模型中的治療效果。將等體積的生理鹽水、SLC或dTECM-SLC注射到24個月大小鼠的睪丸中（圖3a）。第28天，dTECM-SLC組的LHR細(xì)胞多于SLC組（圖3b-c），dTECM-SLC組的血清睪酮水平顯著高于SLC組（圖3d）。這些結(jié)果證實，dTECM-SLC治療促進(jìn)了老年小鼠移植到睪丸間質(zhì)后的睪酮恢復(fù)。為了全面闡明睪丸間質(zhì)微環(huán)境的變化，作者通過RNA-seq比較了SLC組和dTECM-SLC組老年小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞的基因變化。值得注意的是，下調(diào)的基因在“趨化因子信號通路”和“細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用”通路中富。GSEA顯示與“干擾素β的正調(diào)節(jié)”和“對干擾素α的產(chǎn)生和反應(yīng)”相關(guān)的基因表達(dá)顯著降低。此外，作者觀察到dTECM-SLC組的CD206抗炎M2巨噬細(xì)胞豐度高于SLC組，表明向炎癥表型的轉(zhuǎn)變。以上結(jié)果表明，dTECM-SLC治療可以顯著緩解睪丸間質(zhì)內(nèi)與睪丸衰老相關(guān)的慢性炎癥。

04dTECM通過膠原蛋白1促進(jìn)SLC的治療效果

間質(zhì)中微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)對于睪丸功能至關(guān)重要。然而，dTECM如何通過SLC促進(jìn)間質(zhì)中微環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持尚不清楚。為了回答這個問題，作者進(jìn)一步分析了上述RNA-seq數(shù)據(jù)。令人驚訝的是，GSEA顯示與“膠原蛋白激活信號通路”相關(guān)的基因表達(dá)顯著增加。在dTECM-SLC組中上調(diào)的DEGs在“細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)構(gòu)成分”、“I型膠原蛋白三聚體”和“含膠原蛋白的細(xì)胞外基質(zhì)”等過程中富集（圖3f-g）。這些結(jié)果強(qiáng)烈表明膠原蛋白可能與dTECM有關(guān)，從而促進(jìn)SLC的治療效果。為了驗證這一假設(shè)，作者通過蛋白質(zhì)譜分析進(jìn)一步分析了dTECM中表達(dá)的蛋白質(zhì)。鑒定出超過574種蛋白質(zhì)。GO和KEGG分析顯示，dTECM中表達(dá)的睪丸組織相關(guān)蛋白參與“細(xì)胞激素代謝過程”、“精子細(xì)胞發(fā)育”和“精子發(fā)生”（圖3h）。這些蛋白質(zhì)可分為四組：膠原蛋白、蛋白多糖、糖蛋白和ECM酶和因子。值得注意的是，膠原蛋白1是dTECM中最豐富的蛋白質(zhì)（圖3l）?？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)證明了膠原蛋白1在促進(jìn)SLC增殖和分化中的重要作用，從而促進(jìn)小鼠睪酮水平的恢復(fù)。同時作者也通過實驗證明了dTECM-SLC治療可防止老年小鼠的生育能力下降以及緩解老年小鼠睪酮缺乏相關(guān)癥狀。

圖3| dTECM通過膠原蛋白1改善SLC的治療效果

(圖源：Chi A., et al., Adv Sci., 2024)

二、文章小結(jié)

在這項研究中，證明睪丸間質(zhì)的老化微環(huán)境損害了SLC的功能，該研究開發(fā)了一種脫細(xì)胞睪丸細(xì)胞外基質(zhì)（dTECM）水凝膠，并評估了其作為SLC擴(kuò)增和分化的支持生態(tài)位的安全性和可行性。dTECM水凝膠促進(jìn)SLC的類固醇生成分化為LCs，LCs是睪酮的主要產(chǎn)生者。SLC與dTECM水凝膠的結(jié)合導(dǎo)致睪酮水平顯著且持續(xù)增加，從而促進(jìn)LC缺陷和老年小鼠模型中精子發(fā)生和生育能力的恢復(fù)。從機(jī)制上講，dTECM中的膠原蛋白1被確定為導(dǎo)致這些效果的關(guān)鍵因素。值得注意的是，與睪酮缺乏綜合征相關(guān)的癥狀在老年小鼠中顯著緩解。這些發(fā)現(xiàn)可能有助于為臨床上的睪酮缺乏癥患者設(shè)計治療干預(yù)措施。

三、拜譜小結(jié)

總之，作者通過臨床前動物研究證明了在老化微環(huán)境中dTECM重塑的安全性和有效性。研究結(jié)果表明，dTECM-SLC療法有希望成為LC功能障礙患者的潛在治療方法。拜譜生物為該研究提供了蛋白質(zhì)譜分析及轉(zhuǎn)錄組學(xué)檢測服務(wù)。拜譜作為國內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)服務(wù)公司，可提供蛋白組、修飾組、代謝組、轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)技術(shù)服務(wù)助力發(fā)表高分文獻(xiàn)，歡迎致電咨詢！

參考文獻(xiàn)：Chi A, Yang C, Liu J, Zhai Z, Shi X. Reconstructing the Stem Leydig Cell Niche via the Testicular Extracellular Matrix for the Treatment of Testicular Leydig Cell Dysfunction. Adv Sci (Weinh). 2024 Nov 18:e2410808. doi: 10.1002/advs.202410808