精原干細(xì)胞(spermatogonialstemcells，SSCs)位于雄性動(dòng)物睪丸的曲細(xì)精管基膜上，是精子發(fā)生的基礎(chǔ)。它一方面可以自我增殖維持自身數(shù)目的相對(duì)恒定，另一方面可以經(jīng)過數(shù)次有絲分裂后進(jìn)入減數(shù)分裂，形成精母細(xì)胞，最終形成精子，既具有自我更新的潛能，又具有定向分化的潛能，是自出生后直至整個(gè)生命期間進(jìn)行自我更新并能將基因傳遞至子代的唯一成體干細(xì)胞。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)SSCs進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，在SSCs的自我更新和分化的調(diào)節(jié)機(jī)制方面有了一定的新進(jìn)展(Oatley＆Brinster，2008)，這使我們更好地闡明精子發(fā)生的機(jī)理，以及對(duì)其他組織中成體干細(xì)胞增殖分化的調(diào)節(jié)機(jī)制的進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

1SSCs的生物學(xué)特性

SSCs起源于原始生殖細(xì)胞(primordialgermcells，PGCs)，在靠近尿囊根部的卵黃囊內(nèi)胚層發(fā)生。這類細(xì)胞多鑲嵌在支持細(xì)胞側(cè)面生長(zhǎng)，呈圓形，具有比較大的細(xì)胞核，呈圓形或輕微卵圓形，胞質(zhì)較少，核仁呈網(wǎng)狀2～3個(gè)多靠近核膜存在，核內(nèi)常染色質(zhì)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，為細(xì)密均勻的顆粒，異染色質(zhì)很少，胞質(zhì)內(nèi)核糖體、線粒體較豐富，其他細(xì)胞器不發(fā)達(dá)，線粒體呈圓形或橢圓形，常數(shù)個(gè)聚集存在或者散布于靠近核膜的胞質(zhì)區(qū)域內(nèi)，內(nèi)有板層狀的線粒體嵴。在小鼠第11.5d胚齡時(shí)，PGCs遷移到生殖嵴，并在此增殖，13.5d胚齡時(shí)PGCs停止分裂。在雌性，PGCs啟動(dòng)減數(shù)分裂向卵母細(xì)胞分化;在雄性，PGCs在胎兒睪丸曲細(xì)精管被支持細(xì)胞包繞后變?yōu)樯讣?xì)胞(gonocyte)，經(jīng)幾天分裂后停滯于G0/G1期，并保留了干細(xì)胞的潛能直到出生。出生后不久，它恢復(fù)增殖并啟動(dòng)精子發(fā)生過程(Brinsteretal.，2002)，大約6d左右遷移至曲細(xì)精管基膜，成為以SSCs為主的精原細(xì)胞。SSCs的數(shù)量很少，在成年小鼠睪丸中約有108個(gè)細(xì)胞，其中約有2×104個(gè)是SSCs，僅占睪丸所有生精上皮細(xì)胞總數(shù)的0.02%～0.03%，此后始終維持在這個(gè)數(shù)量不變。在小鼠整個(gè)性成熟過程中，SSCs的數(shù)量呈漸進(jìn)性增長(zhǎng)，從出生到成年，SSCs的數(shù)量增加了約39倍(Shinoharaetal.，2000)。

2SSCs的特異性標(biāo)志

目前對(duì)精子發(fā)生的分化過程已取得基本的認(rèn)識(shí)，但對(duì)SSCs本身的生物學(xué)特性了解較少。因此，對(duì)SSCs主要分子標(biāo)記的研究是對(duì)其進(jìn)行分離、鑒定和生物學(xué)特性深入研究的前提。精原干細(xì)胞和其他干細(xì)胞表面的標(biāo)志物存在一定的相似性，如SSEA-1、SSEA-3、SSEA-4、AP等(Gussonietal.，1999)。酪氨酸激酶受體c-kit表達(dá)于造血干細(xì)胞(haemopoe-iticstemcell，HSC)、胚胎干細(xì)胞(ES細(xì)胞)、原始生殖細(xì)胞(PGC)和減數(shù)分裂前生殖細(xì)胞，干細(xì)胞因子(stemcellfactor，SCF)和其受體c-kit在精原細(xì)胞的遷移、分裂和早期雄性生殖細(xì)胞分化中具有關(guān)鍵作用(Dobrinskietal.，1999);α6-整合素和β1-整合素在精原干細(xì)胞表面會(huì)形成二聚體，作為一種層粘連蛋白受體發(fā)揮作用，其也是鑒定精原干細(xì)胞的重要表面標(biāo)志。Khaira等(2000)研究表明小鼠精原干細(xì)胞的表面標(biāo)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等還將EpCam+、CD34也作為精原干細(xì)胞表面特征。除此之外，還有很多對(duì)SSCs的分子標(biāo)記的研究，現(xiàn)將哺乳動(dòng)物睪丸SSCs的主要分子標(biāo)記概括如下(表1)(Bartetal.，2010)。

3調(diào)控SSCs的主要進(jìn)展

目前，科學(xué)家先后在體內(nèi)和體外培養(yǎng)條件下研究了小鼠、大鼠、牛、羊、豬和人類等多種動(dòng)物的SSCs的主要表型和維持體系。先后發(fā)現(xiàn)GDNF(Glialcelllinederivedneurotro-phicfactor，GDNF)、Plzf(poxvirusandzincfinger)、泛素、LIF(leukemiainhibitingfactor，LIF)等多種細(xì)胞因子和基因決定著SSCs的維持和分化。

3.1調(diào)控SSCs自我更新和分化的主要分子

3.1.1GDNF

GDNF是第一個(gè)被確認(rèn)的能夠調(diào)控精原干細(xì)胞自我更新和分化的細(xì)胞因子，它是由睪丸支持細(xì)胞產(chǎn)生的，以旁分泌的方式作用于精原干細(xì)胞，其對(duì)精原干細(xì)胞自我更新的調(diào)控具有劑量依賴性(Mengetal.，2000;Jonathanetal.，2009;Spinnleretal.，2010)。支持細(xì)胞分泌的膠質(zhì)細(xì)胞源神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子能夠使SSCs很好地協(xié)調(diào)自我更新與分化，GDNF是一個(gè)與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β超家族相關(guān)的成員，也是一個(gè)對(duì)特定神經(jīng)元起作用的營(yíng)養(yǎng)因子，而這種因子可通過旁分泌的方式促進(jìn)SSCs的增殖，且是一個(gè)調(diào)節(jié)多種細(xì)胞發(fā)育和分化的多功能信號(hào)分子(DeRooijetal.，2006)。GDNF發(fā)揮其調(diào)控功能的具體分子機(jī)制已通過微陣列技術(shù)獲得。在培養(yǎng)基中培養(yǎng)6日齡老鼠的SSCs，SSCs能夠正常表達(dá)GDNF，之后使一部分SSCs的GDNF表達(dá)受抑制，此時(shí)調(diào)控SSCs分化起點(diǎn)的基因也會(huì)受影響。由此得知，GDNF在SSCs的分化過程中起到了調(diào)控作用。GDNF的異常表達(dá)，或者支持細(xì)胞的過度表達(dá)會(huì)使A型精原細(xì)胞(type-Asinglespermatoonia，As)增多，同時(shí)抑制精子發(fā)生(Yomogidaetal.，2003)。因此，當(dāng)小鼠中的GDNF過度表達(dá)時(shí)，會(huì)形成大量的精母細(xì)胞，經(jīng)過大約一年的時(shí)間形成干細(xì)胞瘤(Mengetal.，2001);體內(nèi)缺乏GDNF的小鼠，精子發(fā)生不能正常進(jìn)行。由此得知，GDNF在SSCs的自我更新和分化過程中起到了重要的調(diào)控作用，GDNF過多會(huì)抑制干細(xì)胞的分化，引起干細(xì)胞的積聚甚至干細(xì)胞的損耗(DeRooijetal.，2006)。GDNF是調(diào)控精原干細(xì)胞體外自我更新的最基礎(chǔ)生長(zhǎng)因子，其調(diào)控作用具有劑量依賴性。研究顯示，GDNF對(duì)mGSCs的自我更新的調(diào)控主要通過PI3K/Akt、Ras/Erk1/2、Src家族激酶等信號(hào)通路來實(shí)現(xiàn)(Heetal.，2009)。

3.1.2Plzf

轉(zhuǎn)錄抑制物家族POZ(poxvirusandzincfinger)的成員早幼粒細(xì)胞白血病鋅指蛋白(promyelociticleukemiazincfingerprotein，Plzf)也與SSCs的更新、分化有關(guān)。研究表明，Plzf在luxoid突變老鼠中是破壞基因，通過正常luxoid突變的老鼠逐漸表現(xiàn)出SSCs的丟失(Buaasetal.，2004;Cos-toyaetal.，2004)。因此，Plzf基因?qū)SCs的更新、分化也起到了調(diào)控的作用。Plzf蛋白質(zhì)存在于As、Apl、Aal精母細(xì)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對(duì)SSCs的調(diào)控還有待研究，很有可能與輔阻遏物N-CoR和SMRT有關(guān)(Payne＆Braun，2006)。