三维电子显微镜揭示附睾上皮细胞间新型细胞器储库的精细结构与功能

本研究通过体积电子显微镜(vEM)技术，首次在附睾上皮细胞间发现并三维重构了细胞器储库(IOR)结构。研究人员解决了传统TEM技术无法解析的细胞间"空泡样结构"的组成和功能问题，证实IOR含有自噬体(APs)、溶酶体相关细胞器(LROs)等降解成分，并发现Rab27a基因调控其形成。该发现为上皮细胞稳态维持提供了新的细胞外降解机制，对理解男性生殖衰老和亚生育力具有重要意义。

　　

在男性生殖系统中，附睾如同精子的"训练营"，负责精子成熟的关键过程。这个特殊环境中，上皮细胞构成的精密屏障维持着独特的管腔微环境。然而数十年来，教科书描述的附睾上皮细胞间存在的神秘"空泡样结构"始终是个未解之谜。传统电子显微镜(TEM)的二维局限让研究者们难以窥见其真容，这些结构的成分、功能和形成机制成为领域内悬而未决的重要问题。

南通大学的研究人员联合浙江大学团队在《Nature Communications》发表突破性研究，运用前沿的体积电子显微镜(vEM)技术，首次三维重构了这种被称为细胞器储库(IOR)的特殊结构。研究发现IOR并非简单的细胞内空泡，而是分布在相邻上皮细胞侧向间隙(LIS)中的"珍珠串"样结构，内含蛋白聚集体、自噬体、溶酶体相关细胞器和线粒体残骸等多种降解成分。通过免疫标记P62、LC3、LAMP1和TOMM20等分子标记，证实了这些降解过程的存在。

研究采用多项关键技术：体积电子显微镜(FIB-SEM)三维重构技术实现10nm分辨率成像；高压冷冻替代技术验证结构真实性；免疫电镜(IEM)定位细胞器标志物；利用Rab27a^ashen突变小鼠模型进行功能验证；单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析自噬相关基因表达谱。

【FIB-SEM成像和细胞分割】

通过FIB-SEM技术获得IS(初始段)、caput(头段)、corpus(体段)和cauda(尾段)附睾上皮的三维图像，发现IOR主要分布在PCs(主细胞)间的LIS中，通过桥粒结构稳定存在。定量分析显示头段IOR数量最多，而初始段IOR体积最大。

【IOR的特征和内容】

三维重构揭示IOR内含有蛋白聚集体、多泡体(MVBs)、吞噬泡、自噬体和线粒体残骸等成分。免疫标记显示不同区段IOR内容物存在差异：头段富含P62，体段LC3表达较高，而LAMP1在各段分布均匀。

【发育和衰老过程中的IOR表现】

研究发现新生小鼠(P32)IOR稀少，随着性成熟(P56)显著增加，但在老年小鼠(21个月)中数量和体积均减小。提示IOR动态变化与生殖功能密切相关。

【Rab27a缺失影响IOR形成】

Rab27a^ashen突变小鼠附睾头段IOR显著减少，并伴随亚生育力表型。电镜显示突变体中MVBs等囊泡结构异常，证实Rab27a参与IOR形成调控。

【小肠中的IOR存在】

在肠上皮细胞间同样发现IOR结构，表明这种细胞间降解机制可能广泛存在于各类上皮组织。scRNA-seq显示肠上皮和附睾上皮细胞自噬能力均较弱，提示IOR可能是这类细胞的共同补偿机制。

【IOR边缘的氨基酸转运】

发现氨基酸转运体SLC7A14和SLC6A15定位在IOR边缘，暗示IOR可能通过回收降解产物参与上皮细胞代谢调控。

这项研究从根本上改变了人们对上皮细胞稳态维持的认知，首次揭示了一种细胞外细胞器降解和回收的新机制。IOR结构的发现不仅解释了长期存在的超微结构谜题，更为理解上皮组织衰老、生殖功能障碍等提供了新视角。特别是Rab27a与IOR形成的关联，为男性亚生育力的机制研究开辟了新途径。研究采用的vEM技术方案也为其他组织的超微结构研究提供了范本。这些发现将推动对上皮细胞间通讯、器官衰老和代谢调控等过程的深入探索。