睪丸Serrttoollii細胞功能研究的新進展

嚴 儼趙 冉徐奕玫黨學寧綜述 劉 悅丁之德審校.上海交通大學醫學院03級臨床醫學系（上海 0005）；.上海交通大學醫學院解剖學與組織胚胎學系

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睪丸Serrttoollii細胞功能研究的新進展

嚴 儼1趙 冉1徐奕玫1黨學寧1綜述 劉 悅2丁之德2審校
1.上海交通大學醫學院2013級臨床醫學系（上海 200025）；
2.上海交通大學醫學院解剖學與組織胚胎學系

睪丸支持細胞又稱Sertoli細胞，在生精小管內數量恒定，相鄰Sertoli細胞間形成緊密連接，組成血睪屏障，并由此將生精上皮分隔成基底室和近腔室。Sertoli細胞直接接觸生精細胞，且對其周邊微環境的調控意義重大。除了其最基礎的支持與營養功能外，近年來研究發現，Sertoli細胞還涉及到了分泌、免疫、吞噬與凋亡以及其他功能。

一、Sertoli細胞的支持功能

在生精小管中，Sertoli細胞的支持作用大部分依賴于其自身和相鄰Sertoli細胞以及Sertoli細胞和其他各級生精細胞的連接結構。

（一）構建血睪屏障

生精小管中的細胞連接可分為緊密連接、錨定連接以及縫隙連接，這些連接均由Sertoli細胞參與構成。其中，緊密連接和錨定連接中的細胞外質特化（ectoplasmic specialization,ES）和橋粒連接是血-睪屏障（Blood-testis barrier,BTB）的主要組成部分。BTB形成了免疫豁免區域，為精子的發生提供了合適的環境。

雄激素受體（AR）是Sertoli細胞表達的一種重要蛋白。它對黏附連接和緊密連接的調控有著重要作用。Lan等發現[1]功能性雄激素/雄激素受體信號通路可抑制Sox9基因的表達，繼而進一步抑制抗苗勒管激素（anti-Mullerian hormone，AMH）的分泌，這對支持細胞的成熟至關重要。如缺乏該信號通路的抑制，Sox9基因表達上調，可進一步促進AMH的分泌，這是造成唯支持細胞綜合征（Sertoli-cells-only syndrome，SCOS）的無精子癥患者其Sertoli細胞受損的重要原因之一。

然而，近年來研究發現血睪屏障并非睪丸中保護精子免受自身免疫反應的唯一屏障，如從患睪丸炎的嚙齒類動物模型中分離得到的激活性CD4+T細胞，移植至受體動物的睪丸內，在其血睪屏障完好的情況下，也可穿過血睪屏障；在精子發生過程中，即使血睪屏障通透性改變，如滲透分子量高達70kda的蛋白時，也未發生自身免疫反應，減數分裂仍可進行[2]。

另外，在血睪屏障相關研究領域中，有關男性避孕藥物的開發也是研究熱點之一。研究發現一個作用于生精上皮功能軸，即頂部外胞質特化區（apical ES，apical ectoplasmic specialization）-BTB軸，可調控各類生精細胞穿越Sertoli細胞，如釋放精子等。此功能軸的組分，尤其是血睪屏障功能相關的蛋白復合體（α6β1-integrin 和 occluding），可成為男性避孕的重要靶點，如設計對血睪屏障穿透性高以及對α6β1-intergrin受體親和力高的adjudin類似物，可激活相關調節蛋白（如p-FAK,DOCK180,PKB）和下游的 ERK1/2 信號轉導通路，導致Sertoli細胞與生殖細胞黏連更緊密，以致生精細胞在生精小管內未能向管腔移動，最終導致雄性不育的發生。由于該避孕方法并未影響下丘腦-垂體-睪丸軸，故副作用較小[3]。

（二）參與精子發生

精子發生過程中，精原細胞和其他生精細胞一直處于支持細胞的環繞中。生精細胞在生精上皮的遷移過程中與支持細胞參與構成的錨定連接重構作用有關。

睪丸中含有兩種特異的、以肌動蛋白為基礎的結構。其中之一即為細胞外質特化（ES），并可分為基底ES與近腔ES兩種。鈣粘素2（cadherin 2,Neural-cadherin,or N-cadherin，CDH2）是基底ES中一種主要蛋白，由CDH2基因表達合成。Jiang等研究發現，在生精過程中，CDH2基因僅在Sertoli細胞中表達。Sertoli細胞中CDH2的缺失除了可導致BTB損傷外，還可引起減數分裂和精子形成障礙[4]。管腔復合物（tubulobulbar complexes，TBCs）是另一種特異的以肌動蛋白為基礎的結構，是錨定連接的重要組成部分。其主要功能是消除精子細胞中多余的胞漿、內吞并回收連接分子（junctional molecules）、塑造精子頂體的形狀并在成熟精子被釋放前形成臨時的錨定裝置[5]。

此外，Cx43是Sertoli細胞形成縫隙連接的主要連接蛋白。Giese等發現患有生精障礙的男性經常會表現出精原細胞與支持細胞中Cx43表達量減少甚至不表達的情況[6]。

二、Serrttoollii細胞的分泌功能

Sertoli細胞可分泌多種轉運蛋白與調節蛋白，為精子形成即生精細胞發育及代謝提供營養物質并起調節作用。

（一）轉運蛋白

生精細胞的發生和發育均需要多種小分子如鐵離子、銅離子、維生素等，而細胞連接蛋白或結合蛋白能保證它們的轉運過程。Sertoli細胞能夠分泌轉鐵蛋白和血漿銅藍蛋白，這兩種轉運蛋白負責將鐵離子和銅離子運輸至發育中的生精細胞。與此同時，其分泌的葉酸結合蛋白與維生素結合蛋白能補充生精細胞所需維生素[7]。

（二）調節蛋白

Sertoli細胞分泌的調節蛋白有苗勒管抑制物質（MIS）、抑制素（INH）、內皮素（ET），骨形成蛋白（BMPs）、干細胞因子等。另外，Sertoli細胞還可以分泌多種生長因子，如生精細胞生長因子（spermatogenic cell growth factor,SGF）、神經白細胞素（neuroleukin，NLK）、神經膠質細胞源性神經營養因子（GDNF）等。Sertoli細胞分泌的這些蛋白作用于各種生精過程，如DNA合成調控，生精細胞的生長代謝等。Sertoli細胞分泌的GDNF屬于TGF-β家族，其通過旁分泌途徑可促進精原干細胞（SSC）自身更新和維持[8]。

胰島素與胰島素樣生長因子（insulin-like family of growth factors,IGFs）組成的通路對機體的每個器官、系統的細胞生長、增殖、分化與存活均起著重要作用。在睪丸中，IGFs通過自分泌與旁分泌兩種通路發揮作用，其傳導的信號能調控睪丸的正常發育與功能行使。男性如不能分泌IGF-1則表現為侏儒癥狀且無生育能力。同時，相比正常對照組，患者的精子數與血清睪酮含量下降80%以上[9]。滅活小鼠睪丸中IGF-1受體的實驗表明，胰島素/IGF通路障礙導致的精子數量下降并非是由于生精細胞受到影響，而是其使未成熟的Sertoli細胞增殖速度下降的緣故，最終導致成年小鼠睪丸大小與日產精子量下降了75%。因此，IGFs是調控Sertoli細胞數量以及睪丸大小最重要的生長因子[10]。此外，在小鼠實驗中發現，胰島素/ IGF信號通路還與雄性、雌性性腺分化有關[11]。

神經營養因子通過與酪氨酸蛋白激酶受體（tyrosine kinase receptors,Trks）結合對生殖系統發育發揮著重要的影響。然而，在神經營養因子中，如神經生長因子（nerve growth factor，NGF）、神經營養素3（neurotrophin-3,NT-3）、腦源性神經營養因子（brain-derived neurotro-phic factor，BDNF）等中只有NGF會對雄性生殖系統產生影響。目前可知，NGF通過NGF/TrkA/p75信號通路對雄性生殖發揮作用，包括精子成熟、活動力、生存力以及頂體反應[12]。實驗發現，少弱精子癥患者精子樣本中TrkA mRNA水平相比健康男性明顯減少。此外，實驗同時檢測到NGF與TrkA在人精子中分布，然而，在成熟精子中僅檢測到TrkA mRNA，而無NGF mRNA；另一方面，NGF mRNA大量存在于精母細胞，由此推測NGF可能通過旁分泌形式影響精子的功能[13]。

在生精小管中，睪酮可刺激S e r t o l i細胞分泌成纖維細胞生長因子FGF-2，FGF-2通過MEK/ERK/CREB途徑激活果糖-2,6-二磷酸酶4（6-phosphofructo-2-kinase/fructose-2,6-bisphosphatase，PFKFB4）同工酶在小鼠生精細胞中的表達。生殖細胞發生發育過程中需要果糖-2,6-二磷酸激活糖酵解途徑，而PFKFB同工酶能維持和增加果糖-2,6-二磷酸的含量。在建立的GC-1 spg（小鼠精原細胞系）與GC-2 spd（小鼠精母細胞系）兩組細胞系中發現，PFKFB同工酶在精子發生過程中的表達由Sertoli細胞協調復雜的旁分泌信號體系調節，Sertoli細胞激活ERK信號途徑和CREB（環磷腺苷效應元件結合蛋白，cAMP-response element binding protein）與PFKFB4啟動子的連接并誘導PFKFB同工酶的轉錄[14]。此外，另有研究發現，小鼠精原干細胞（SSC）體外與FGF-2共培養可通過AKT與ERK1/2自分泌磷酸化途徑誘導SSC的增殖并能保持干細胞的活性[15]。

三、Serrttoollii細胞的免疫功能

Sertoli細胞能分泌大量的免疫調節因子，這些生物活性因子有利于睪丸的免疫豁免功能，起到保護生精細胞的作用。

（一）免疫調節

Sertoli細胞是睪丸中重要的免疫調節器，具有誘導調節性免疫細胞的功能，但相關機制還未完全明確?，F研究表明，Sertoli細胞可通過行使致耐受性抗原呈遞細胞的功能，直接誘導產生調節T淋巴細胞，產生不同種類的免疫調節因子，直接或間接地影響免疫系統，輔助免疫豁免的形成。如小鼠原代Sertoli細胞（primary mouse Sertoli cells）分泌的一種可溶性JAGGED1（一種Notch配體）可強烈影響對Tregs （regulatory T cells）的誘導，通過觸發Notch通路以維持調節性T細胞從頭增殖；并招募Notch特異轉錄因子CSL/RBP-Jk至Foxp3（Forkhead box p3）啟動子、調節Notch靶基因Hey1（Hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif protein 1）。另外，受炎癥刺激后，Sertoli細胞可分泌MCP-1（單核細胞趨化蛋白-1，monocyte chemotactic protein 1），促進睪丸巨噬細胞的遷移[16]。Sertoli細胞還表達固有免疫反應相關活性蛋白（如Toll樣受體（TLRs）和細胞因子）的基因，并通過此類蛋白直接作用于細菌配體，起到保護睪丸和抗感染的作用[17]。

（二）免疫豁免

現普遍認為，睪丸的免疫豁免作用并非完全通過睪丸的自身解剖學結構實現,而是同時依賴于Sertoli細胞分泌的Fas/FasL介導，引起炎性細胞浸潤，殺傷T、B、中性粒細胞、單核細胞。近年來，有關Sertoli細胞在移植領域的研究已成為熱點。作為一個重要和理想的移植協同者，Sertoli細胞被異位移植后仍能存活，且能保護共移植的細胞行使正常功能。

此外，另有實驗結果表明內皮細胞即胰島血管化的基礎，與Sertoli細胞共培養且與胰島共移植后，胰島細胞的存活率和功能都有所提升[19]。

2.Sertoli細胞與皮膚、腎及其他組織或細胞移植：當聯合異體或異種細胞/組織移植時，Sertoli細胞可引起系統性的免疫抑制。如皮膚排斥反應目前仍然是皮膚重建移植手術中的主要障礙。最新研究表明移植至腹膜內具有強生命力的微膠囊化的異種豬Sertoli細胞（microencapsulated xenogeneic porcine SC，SCMCS）能顯著延長同種異體皮膚移植后不發生排異現象的時間，且觀察到80%的受體動物中調節性T細胞（Treg細胞）表達的顯著提高，這一研究進一步證實Sertoli細胞移植技術是由Sertoli細胞誘導宿主免疫系統改變促成的，同時也展示了皮膚組織移植治療的新視角和新策略[20]。此外，Sertoli細胞植入術也是延長大鼠腎移植存活時間的一種有效方法，它可作為環孢素A等免疫抑制類藥物潛在的替代品[21]。

近年來，誘導性多功能干細胞已成為生物醫學和轉化醫學研究的熱點之一。由Sertoli細胞誘導生成的多功能干細胞（Sertoli cell induced pluripotent stem cells ,Ser-iPS），在早期時會保留Sertoli細胞的體細胞記憶，使Ser-iPS及其子代在活體內也能發揮免疫豁免功能，iPS細胞具有自我更新和分化的全能性，這樣可避免移植過程中發生的免疫排斥問題[22]。

3.Sertoli細胞與雄性不育：敲除Sertoli細胞特異性雄激素受體（Sertoli cell-specifi c Ar，S-Ar）基因會使Cldn3（Claudin 3）的表達降低。Cldn3是一類睪酮調節基因，其產物是重要的Sertoli細胞緊密連接蛋白之一，可對睪丸的免疫豁免功能發揮重要的影響。另外，當S-Ar基因突變時，Sertoli細胞的緊密連接發生缺陷，睪丸內IgG濃度上升，睪丸間質中出現大量的巨噬細胞、中性粒細胞、漿細胞、嗜酸性粒細胞以及針對生精細胞抗原的抗體，導致睪丸喪失免疫豁免功能，提示Sertoli細胞的雄激素信號通路被抑制可能是特發性男性不育癥發病的極為重要的病因之一[23]。

四、Serrttoollii細胞與吞噬及凋亡的相關功能

（一）吞噬功能

Sertoli細胞可有效吞噬清除凋亡的生精細胞和殘余體，這對精子的成熟具有重要意義。轉移相關蛋白2（metastasis associated protein 2，Mta2），是一種染色質修飾蛋白，也是Sertoli細胞表達代謝功能的相關蛋白，其功能主要是修飾具有調控轉錄作用的DNA。最新研究表明，Mta2表達下調與血清中FSH異常增高有關，而高濃度FSH環境對Sertoli細胞吞噬活動具有抑制作用。FSH/MTA2/FSHr級聯反應可通過補償性負反饋調節機制使FSH處于低水平狀態，該機制對維持Sertoli細胞的吞噬功能處于正常水平必不可少[24]。

（二）凋亡功能

二硫化碳（CS2）暴露與動物及人類的生精細胞損傷及雄性不育有關。外源性加入CS2可使大鼠睪丸結構明顯改變，Sertoli細胞凋亡率上升，內質網凋亡相關基因表達顯著增高，且細胞內鈣離子含量也明顯增高，這是內質網凋亡途徑的重要標志。因此，推測CS2可通過內質網凋亡途徑誘導大鼠Sertoli細胞凋亡。然而，目前該途徑的分子機制仍未完全清晰[25]。

另一方面，過量暴露于氟化物會引起雄性生殖系統功能障礙，最終導致生精細胞的病理損傷和凋亡。研究表明，外源性加入氟化鈉會顯著降低Sertoli細胞活性且誘導Sertoli細胞發生凋亡，而活性氧介導的內質網應激通路則在氟化鈉誘導的Sertoli細胞凋亡中起關鍵作用[26]。

此外，壬基酚（NP）是一種重要的環境毒物，可破壞生殖系統的完整性和和功能，其細胞毒性可誘導小鼠睪丸的Sertoli細胞株TM4發生凋亡。在NP誘導TM4細胞凋亡時，線粒體凋亡途徑可能起到部分促進作用，而MAPK途徑抑制Akt信號的激活也可能參與了該凋亡過程。由此可見，細胞毒性，氧化應激和凋亡都可能是由NP引起TM4細胞損傷的關鍵因素，而NP則可能是一種對男性生殖特有的、潛在的毒理因子[27]。

五、Serrttoollii細胞的其他功能

（一）腫瘤發生

作為TGF-β超家族的成員之一，膠質細胞源性神經營養因子（GDNF）是一種由Sertoli細胞產生的重要生長因子。大量研究表明CNDF對于精原干細胞增殖的維持必不可少，主要是它在體內外對于精原干細胞自我更新具有促進作用。另外，干細胞因子（SCF）、骨形態蛋白4（BMP4）和視黃酸（RA）均為Sertoli細胞分泌的促進精原干細胞自我更新和分化的必要因子[28]。然而，精原干細胞自我更新和分化的精準平衡調節十分關鍵。精原干細胞的去路包括精原干細胞自我更新維持的干細胞池（stem cell pool）或分化成不同類型的精母細胞最終成為精子以及最后走向凋亡。如果精原干細胞的分化占主導地位，精原干細胞池將會耗盡從而導致唯Sertoli細胞綜合征的發生。反之，如果精原干細胞的自我更新占優勢，那么精原干細胞就會不斷增殖使得生精上皮僅有精原干細胞存在，從而可導致睪丸腫瘤的發生。

（二）細胞分化與增殖

在新生兒和青春期時，Sertoli細胞的存活、增殖和成熟與激素和其他因素調節密切相關。其多種受體與細胞內信號轉導通路可被雄激素、促卵泡激素、甲狀腺激素、激活素、維甲酸、胰島素、胰島素樣因子、松弛素、雌激素等激活，尤其是雌激素受體。雌激素受體可激活細胞內的信號轉導通路，其主要作用是扮演細胞周期過程中的轉錄因子，在Sertoli細胞的增殖和分化調控中具有重要的影響[29]。以往研究認為：青春期后成人Sertoli細胞是一種終末分化細胞，數量不變且也無法改變。然而，最近研究表明，Seroli細胞可以轉化為功能性神經干細胞，并且成人Sertoli細胞通過長時間培養增殖，細胞數量會顯著增加，同時它們的主要形態、表型及信號通路都依然保持不變[30]。

六、結語

綜上所述，Sertoli細胞支持作用的缺失與少精癥、弱精癥等男性生殖疾病密切相關；與Sertoli細胞共孵育不僅有助于生精細胞發育，同時也能提高神經細胞、胰島細胞等的分化、增殖水平；Sertoli細胞的免疫豁免能力不僅在血睪屏障中幫助調控生精過程，同時，在與其他細胞共移植時其可發揮免疫抑制功效。另外，Sertoli細胞能有效吞噬凋亡的生精細胞，調控精原干細胞的自我更新與分化。因此，Sertoli細胞的結構、功能及機制的新發現對臨床男性不育癥和Sertoli細胞相關腫瘤的診斷和治療以及相關細胞和器官的移植均有重要意義。

關鍵詞塞爾托利細胞;精子發生;精原干細胞;細胞分化

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（2015-09-07收稿）

1.Sertoli細胞與胰島移植：抑制排斥反應已成為延長胰島移植物存活的關鍵因素之一。Sertoli細胞可與胰島細胞共移植用于治療糖尿病，其作用機理為：Sertoli細胞通過表達和分泌Fas/FasL系統可誘導T淋巴細胞凋亡，使胰島移植物產生免疫豁免作用，延長其存活時間。研究表明：通過懸滴制備法將小鼠Sertoli細胞與胰島細胞混合液經門靜脈移植到因化學誘導產生的糖尿病小鼠體內，此不同細胞混合物可長期存活，并未發生免疫排斥現象，且能有效延長胰島移植物存活時間以及降低外周血淋巴細胞和細胞因子水平。然而，研究人員同時還發現，在這一過程中Sertoli細胞發揮免疫豁免功能的主要效應分子并非普遍所認為的Fas/Fasl，而是TGF-β1，Fas僅起到了輔助作用[18]。

doi:10.3969/j.issn.1008-0848.2016.01.015

中圖分類號R 321.1