title：The Neonatal and Adult Human Testis Defined at the Single-Cell Level

journal：cell report

IF：7.8

摘要：

精子形成過程中在小鼠中研究甚多，但是在人中研究的卻很少。在本研究中，我們使用了單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)來研究人的睪丸細(xì)胞，通過對(duì)新生胎兒的睪丸進(jìn)行聚類分析得到了一些細(xì)胞的集合，包括一些原始生殖細(xì)胞的細(xì)胞群以及精原干細(xì)胞。在成年人的睪丸中，我們確定了四個(gè)未分化的精原細(xì)胞的類群，每個(gè)都表達(dá)特殊的marker基因。我們對(duì)初始的精原細(xì)胞群確定了特殊的蛋白的marker，可以幫助我們純化這類細(xì)胞。我們將胎兒的生殖細(xì)胞與成人分化中的精原細(xì)胞一起映射為一個(gè)時(shí)間軸。我們也定義了在新生睪丸和成人睪丸中的體細(xì)胞類群，并且模擬了他們的發(fā)育軌跡。我們的數(shù)據(jù)提供了人類雄性生殖系及其體細(xì)胞的發(fā)育藍(lán)圖。PGC和精原干細(xì)胞的marker可以為后來精原干細(xì)胞治療提供幫助。

簡介：

精子形成過程是一個(gè)從雄性生殖祖細(xì)胞產(chǎn)生精子的過程，精子發(fā)生過程取決于一些重要事件的協(xié)調(diào)配合，這些事件起始于未分化的精原細(xì)胞。未分化的精原細(xì)胞也稱之為精原干細(xì)胞，可以進(jìn)行連續(xù)的自我更新，因此主要負(fù)責(zé)維持雄性個(gè)體生命周期中的生殖細(xì)胞系的穩(wěn)定。當(dāng)細(xì)胞不再自我更新時(shí)，來自祖細(xì)胞的精原干細(xì)胞，可以通過增殖和分化成為更高級(jí)的精原細(xì)胞類群。分化階段最高的精原干細(xì)胞會(huì)形成精母細(xì)胞，經(jīng)過減數(shù)分裂形成單倍體精細(xì)胞最終形成精子。

生殖細(xì)胞的分化要求其他特殊的體細(xì)胞的支持。這中間包括支持細(xì)胞，它是一種在曲細(xì)精管中直接與生殖細(xì)胞接觸的保姆細(xì)胞。還包括管狀肌樣細(xì)胞（PTM)，這是一類可以分泌多種因子的肌肉細(xì)胞，在曲細(xì)精管的周圍分布。還有間質(zhì)細(xì)胞，存在于曲細(xì)精管外圍的間隙中，主要分泌雄激素和一些其他的精子發(fā)生過程中的關(guān)鍵因子。

我們對(duì)精子發(fā)生過程的很多了解都是基于嚙齒動(dòng)物的研究。盡管人與小鼠在精子發(fā)生過程中有很多相似之處，但是亦有很多不同，包括曲細(xì)精管的形成以及精原細(xì)胞發(fā)育的模式和精子的排出等。

目前對(duì)人類精子發(fā)生過程研究最多的莫過于人精原干細(xì)胞的研究，因?yàn)檫@些細(xì)胞存在治療不育癥的潛力。研究領(lǐng)域中比較活躍的部分就是尋找精原干細(xì)胞的蛋白marker。然而，這些marker中的很多比如ENO2 LIN28 PLZF SALL4 SSEA4 UCHL1 UTF1等都不僅僅識(shí)別未分化的精原細(xì)胞而且還識(shí)別正在分化的精原細(xì)胞。而其他的marker 比如說ID4和FGFR3等，雖然對(duì)未分化的精原細(xì)胞相對(duì)特異，但是對(duì)人的精原干細(xì)胞的特異性還不清楚。GUO等使用單細(xì)胞RNA測序技術(shù)確定了四類精原細(xì)胞的狀態(tài)，以及細(xì)胞的marker，但是他在文章中用的篩選方式為SSEA4，如前所述，本身就是一個(gè)不特異的marker，這就為實(shí)驗(yàn)引入了偏差。因此，大多數(shù)的精原干細(xì)胞并沒有納入他們的研究。

在這次交流中，我們使用了單細(xì)胞測序技術(shù)來分析了人類所有的睪丸細(xì)胞，這就可以讓我們定義所有的生殖細(xì)胞和體細(xì)胞。包括一個(gè)特殊的未分化的亞群，具有高度富集的精原干細(xì)胞。使用免疫熒光和免疫組化以及流式分選等方法，蛋白marker可以被很好的定位。我們也確定了人類精原干細(xì)胞的初始建立的事件。在小鼠中，原始生殖細(xì)胞經(jīng)歷了表觀重編程最終轉(zhuǎn)化為精原干細(xì)胞的祖細(xì)胞，成為prospg或者是生殖原細(xì)胞，這個(gè)過程通過特殊的增殖和靜息過程，最終在出生后的不久激活精原干細(xì)胞的有絲分裂。相反的，我們對(duì)人類中精原干細(xì)胞的形成過程知之甚少。生殖原細(xì)胞在晚期胎兒時(shí)期的和幼年時(shí)期的人類睪丸中存在，但是目前對(duì)他們的特征識(shí)別以及與精原干細(xì)胞的關(guān)系仍然未知。這里我們使用了單細(xì)胞測序技術(shù)可以讓我們?cè)谶@個(gè)關(guān)鍵的階段定義這些特殊的生殖細(xì)胞和體細(xì)胞。通過比較幼年期和成年期睪丸的表達(dá)圖譜，我們可以確定生殖細(xì)胞和體細(xì)胞的發(fā)育軌跡。我們的工作為研究人類睪丸的生殖細(xì)胞和體細(xì)胞的發(fā)育提供了藍(lán)圖。

結(jié)果

1、通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序確定的成年睪丸中的細(xì)胞子集

為了確定人類睪丸中的細(xì)胞類群，我們使用了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序的方法分析來自與兩個(gè)可育的成年男性（37和42歲）的睪丸細(xì)胞。最終保留了18723個(gè)細(xì)胞

2、精原細(xì)胞簇的確定

3、轉(zhuǎn)化狀態(tài)的細(xì)胞連接了精原干細(xì)胞與分化中的精原細(xì)胞

4、確定了三類表達(dá)特異性精原干細(xì)胞的marker 的未分化精原細(xì)胞

5、確定了候選的精原干細(xì)胞的marker 蛋白

6、確定了人類新生睪丸中的細(xì)胞類群

7、人類新生睪丸中的生殖細(xì)胞類群

8、PGCL的marker蛋白的確定

9、新生的生殖細(xì)胞到成年精原干細(xì)胞的映射

10、在發(fā)育狀態(tài)和成人睪丸中的體細(xì)胞

11、人類新生睪丸中配體和受體的基因表達(dá)。