使用干细胞间质细胞（SLCs）作为睾丸间充质基质细胞的疗法在治疗老年男性间质细胞（LC）功能障碍方面显示出巨大的前景。然而，这些疗法的结果并不令人满意。

2024年11月，华南理工大学施雪涛团队在Advanced Science（IF=14.3）上发表了题为“Reconstructing the Stem Leydig Cell Niche via the Testicular Extracellular Matrix for the Treatment of Testicular Leydig Cell Dysfunction”的研究性论文。研究表明睾丸间质内老化的微环境损害了睾丸间质干细胞的功能。为了解决这个问题，作者开发了一种脱细胞睾丸细胞外基质（dTECM）水凝胶，它可以促进SLCs增殖和分化为LCs。这种方法有效且持续地提高了睾酮水平，从而恢复了LC缺陷和老年小鼠的精子发生和生育能力。值得注意的是，这一过程改善了与睾酮缺乏相关的衰老相关症状，表现为肌肉质量增加、骨质疏松减轻、白色脂肪量减少和认知功能改善。总的来说，研究揭示了使用dTECM代表了一种新的治疗方法，以支持SLCs的再生活性和解决老年男性LC功能障碍。拜谱生物为该研究提供了转录组学和蛋白质谱分析检测服务。

中文标题：通过睾丸细胞外基质重建干细胞间质细胞生态位，用于治疗睾丸间质细胞功能障碍

期刊：Advanced Science

影响因子：IF=14.3，2024

客户单位：华南理工大学

研究材料：细胞

拜谱提供技术：转录组学、蛋白质谱分析

技术路线：

一、研究结果

01老龄化的生态位严重损害了SLC功能

为了研究衰老如何影响SLC，作者首先比较了这些细胞在年轻和老年小鼠中的功能。在老年小鼠中，SLC的数量相较于总睾丸细胞数显著减少，并且从老年小鼠提取的SLC表现出较低的克隆形成效率和分化为类固醇生成细胞（LC）的能力，导致睾酮产生减少。这些结果表明，衰老损害了SLC的增殖和分化能力，衰老的SLC表现出干细胞衰老的典型特征（图1a-d）。

干细胞在组织稳态中的功能受到其生态位微环境的调节，因此研究进一步探讨了年轻和老年小鼠睾丸微环境对SLC功能的影响。实验中，将年轻和老年SLC分别移植到3个月龄的乙烷二甲磺酸盐（EDS）处理小鼠中，以评估它们在不同年龄的生态位中再生能力。结果显示，年轻SLC在年轻小鼠的睾丸中存活率和分化能力优于老年SLC，且能够更好地恢复LC和睾酮水平。当SLC从年轻小鼠移植到老年小鼠的睾丸中时，存活率和分化能力仍然受到衰老微环境的抑制。这表明，衰老的睾丸微环境对SLC的功能有显著的不利影响。相反，将老年SLC移植到年轻小鼠的睾丸中，SLC的存活和功能得到一定程度的改善，表明年轻微环境对衰老SLC有恢复作用（图1e-n）。

图1| 移植到年轻和老年小鼠睾丸间质的年轻和老年SLC的特征

(图源：Chi A., et al., Adv Sci., 2024)

02通dTECM重建SLC生态位

SLC可以分化为具有正常睾酮产生能力的LC，这是通过干细胞替代疗法成功治疗睾酮缺乏症的关键。因此，作者评估了dTECM是否影响SLCs的分化。收获SLCs并诱导体外分化。培养7天后，对SLC（对照）、无dTECM分化的SLC（no-dTECM）和有dTECM分化的SLC（dTECM）进行了转录组测序（RNA-seq）分析（图2h）。检测到对照组、无dTECM组和dTECM组中SLC的转录组谱存在明显差异。对照组和无dTECM组之间有2398个下调和1462个上调的差异表达基因（DEGs）。上调基因的GO和KEGG分析显示，它们在“细胞表面受体信号通路”和“粘着斑”等过程中富。基因集富集分析（GSEA）显示与“类固醇激素生物合成”相关的基因表达显着增加，表明SLCs在该分化培养系统中从干细胞状态转变为分化状态。no-dTECM组和dTECM组之间有694个下调和1127个上调的DEGs。TdEM组中上调基因的GO分析和KEGG分析显示，它们富集在“类固醇生物合成过程”、“细胞分化调节”、“细胞群增殖”和“ECM-受体相互作用”等过程中（图2i），表明dTECM在促进SLC增殖和分化中起重要作用。免疫荧光染色显示dTECM组中的SLC产生了更成熟的LC（图2J）。dTECM组的睾酮水平高于no-dTECM组（图2K）。综上所述，这些数据证实dTECM能够维持细胞活力、促进细胞增殖和促进SLC分化。

图2| 年轻的dTECM在体外促进SLC增殖和分化。

(图源：Chi A., et al., Adv Sci., 2024)

03dTECM-SLC治疗促进睾丸激素恢复并改善老年小鼠睾丸间质的慢性炎症

作者评估了dTECM-SLCs在老年小鼠模型中的治疗效果。将等体积的生理盐水、SLC或dTECM-SLC注射到24个月大小鼠的睾丸中（图3a）。第28天，dTECM-SLC组的LHR细胞多于SLC组（图3b-c），dTECM-SLC组的血清睾酮水平显着高于SLC组（图3d）。这些结果证实，dTECM-SLC治疗促进了老年小鼠移植到睾丸间质后的睾酮恢复。为了全面阐明睾丸间质微环境的变化，作者通过RNA-seq比较了SLC组和dTECM-SLC组老年小鼠睾丸间质细胞的基因变化。值得注意的是，下调的基因在“趋化因子信号通路”和“细胞因子-细胞因子受体相互作用”通路中富。GSEA显示与“干扰素β的正调节”和“对干扰素α的产生和反应”相关的基因表达显著降低。此外，作者观察到dTECM-SLC组的CD206抗炎M2巨噬细胞丰度高于SLC组，表明向炎症表型的转变。以上结果表明，dTECM-SLC治疗可以显着缓解睾丸间质内与睾丸衰老相关的慢性炎症。

04dTECM通过胶原蛋白1促进SLC的治疗效果

间质中微环境的稳态对于睾丸功能至关重要。然而，dTECM如何通过SLC促进间质中微环境稳态的维持尚不清楚。为了回答这个问题，作者进一步分析了上述RNA-seq数据。令人惊讶的是，GSEA显示与“胶原蛋白激活信号通路”相关的基因表达显著增加。在dTECM-SLC组中上调的DEGs在“细胞外基质结构成分”、“I型胶原蛋白三聚体”和“含胶原蛋白的细胞外基质”等过程中富集（图3f-g）。这些结果强烈表明胶原蛋白可能与dTECM有关，从而促进SLC的治疗效果。为了验证这一假设，作者通过蛋白质谱分析进一步分析了dTECM中表达的蛋白质。鉴定出超过574种蛋白质。GO和KEGG分析显示，dTECM中表达的睾丸组织相关蛋白参与“细胞激素代谢过程”、“精子细胞发育”和“精子发生”（图3h）。这些蛋白质可分为四组：胶原蛋白、蛋白多糖、糖蛋白和ECM酶和因子。值得注意的是，胶原蛋白1是dTECM中最丰富的蛋白质（图3l）。总的来说，这些数据证明了胶原蛋白1在促进SLC增殖和分化中的重要作用，从而促进小鼠睾酮水平的恢复。同时作者也通过实验证明了dTECM-SLC治疗可防止老年小鼠的生育能力下降以及缓解老年小鼠睾酮缺乏相关症状。

图3| dTECM通过胶原蛋白1改善SLC的治疗效果

(图源：Chi A., et al., Adv Sci., 2024)

二、文章小结

在这项研究中，证明睾丸间质的老化微环境损害了SLC的功能，该研究开发了一种脱细胞睾丸细胞外基质（dTECM）水凝胶，并评估了其作为SLC扩增和分化的支持生态位的安全性和可行性。dTECM水凝胶促进SLC的类固醇生成分化为LCs，LCs是睾酮的主要产生者。SLC与dTECM水凝胶的结合导致睾酮水平显着且持续增加，从而促进LC缺陷和老年小鼠模型中精子发生和生育能力的恢复。从机制上讲，dTECM中的胶原蛋白1被确定为导致这些效果的关键因素。值得注意的是，与睾酮缺乏综合征相关的症状在老年小鼠中显着缓解。这些发现可能有助于为临床上的睾酮缺乏症患者设计治疗干预措施。

三、拜谱小结

总之，作者通过临床前动物研究证明了在老化微环境中dTECM重塑的安全性和有效性。研究结果表明，dTECM-SLC疗法有希望成为LC功能障碍患者的潜在治疗方法。拜谱生物为该研究提供了蛋白质谱分析及转录组学检测服务。拜谱作为国内领先的多组学服务公司，可提供蛋白组、修饰组、代谢组、转录组等多组学技术服务助力发表高分文献，欢迎致电咨询！

参考文献：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