综述：衰老对哺乳动物精子发生从细胞层面上的影响

本综述系统阐述了衰老对雄性哺乳动物生殖能力的细胞层面影响，聚焦于生精微环境与生殖细胞的交互作用。文章揭示了衰老导致的精子发生障碍关键机制：包括支持细胞（Sertoli cells）功能退化、间质细胞（Leydig cells）睾酮分泌减少、生殖干细胞（SSCs）自我更新能力下降，以及精子细胞DNA损伤和表观遗传修饰（如H3K27me3）异常。这些变化共同导致精子数量减少、质量下降和子代健康风险（如PAE疾病）升高，为男性生殖衰老研究提供了重要细胞学视角。

　　

2 小鼠精子发生概述

精子发生是从原始生殖细胞（PGCs）发育为雄性配子的过程。小鼠PGCs在胚胎第6.5天（E6.5）出现，经迁移至生殖嵴后完成性别分化。出生后第3天，精原干细胞（SSCs）定位于基底膜并获得增殖能力。NGN3阳性精原细胞获得增殖潜能，而NGN3阴性细胞直接分化为A1细胞，启动“第一波精子发生”。单精原细胞（As）即SSCs，具有自我更新能力，可形成配对精原细胞（Apr）和4/8/16细胞合胞体（Aal）。这些细胞统称为“未分化精原细胞”。在视黄酸（RA）调控下，Aal细胞分化为A1细胞，进而经A2、A3、A4、中间型（In）和B型精原细胞阶段成为“分化精原细胞”。B型精原细胞在VII-VIII期曲细精管中转化为前细线期精母细胞，进入减数分裂阶段。减数分裂中同源染色体配对重组，经两次分裂形成单倍体圆形精子细胞，最终形态变化形成成熟精子。

3 衰老对雄性生殖细胞的影响

衰老导致小鼠生育力下降，表现为产仔数减少。组织学显示24月龄小鼠曲细精管上皮变薄，约20%管腔异常（生殖细胞耗竭、VIII期精子释放延迟、管腔结构紊乱）。未分化精原细胞、前细线期精母细胞、粗线期精母细胞、圆形精子细胞和精子数量均显著减少。功能异常包括SSCs增殖能力下降、精母细胞凋亡增加、多核生殖细胞出现，与氧化应激、炎症、代谢物累积和激素水平变化相关。

3.1 衰老对SSCs的影响

衰老主要影响SSCs的自我更新能力、凋亡率和分化进程。移植实验表明，年轻SSCs在老年睾丸生态位中无法建立生精群落，提示衰老破坏SSCs生态位。老年SSCs移植后生殖细胞群减少，表明其自我更新能力受损。分子机制上，衰老SSCs中Brca1表达增加，而维持干性的基因（如Hmga2、Tcf7l1、Tcf3、Dmrt1、Gfrα、Itgβ1、csf1r等）下调。ROS通过Nox1-ROS-Bcl6b通路调控SSCs自我更新，低ROS水平阻碍自我更新。HIF1A通过氧含量和ROS双重调控SSCs自我更新，其敲除显著抑制该过程。衰老睾丸血供减少导致缺氧微环境，可能通过JNK介导的糖酵解促进SSCs衰老。此外，RIPK3磷酸化MLKL提示坏死性凋亡增加，共同导致SSCs池衰竭。

3.2 衰老对精原细胞的影响

单细胞测序显示老年小鼠未分化与分化精原细胞比例下降，平衡打破导致精原细胞耗竭。人类研究中SSCs数量存在个体差异，提示衰老影响具物种和个体特异性。

3.3 衰老对精母细胞的影响

衰老增加精母细胞凋亡，表现为退化精母细胞和多核精母细胞增多。减数分裂错误率升高，联会复合体长度和MLH1焦点数随年龄增加。性染色体配对失败干扰MSCI，导致检查点激活和细胞凋亡。DNA损伤修复能力下降，BER通路中FEN1、XRCC1和APE1表达降低，加剧DNA损伤。

3.4 衰老对精子细胞和精子的影响

老年睾丸中出现多核精子细胞、顶体畸形、核膜冗余、胞质滴残留等超微结构异常。附睾精子数量减少、头尾畸形、线粒体排列异常、运动力下降、DNA碎片率增高。体外受精显示老年精子囊胚率下降。表观遗传上，5mC甲基化和H3K27me3水平升高，H3K9me2/3降低，着丝粒甲基化累积。单细胞测序发现Odf2、Akap4、Spata3、Spata6、Dnah1等精子形成相关基因下调，影响鞭毛结构和运动功能。

4 衰老对生精微环境的影响

生精微环境由支持细胞、间质细胞等构成，衰老导致其功能退化。老年犬睾丸脉冲指数增高提示血管阻力增加，血供减少。

4.1 衰老对支持细胞功能的影响

支持细胞是生精上皮中唯一体细胞，直接提供生长因子和吞噬凋亡细胞。衰老支持细胞数量减少，出现淀粉样包涵体、细胞器丢失、内质网松散和溶酶体增大。分子层面脂代谢紊乱，Hmgcr、Dhcr24等胆固醇合成基因上调，脂滴累积。ARSA酶活性下降可能导致SGG降解障碍，引发溶酶体肿胀。分泌功能下降，GDNF、WNT信号通路（如WNT6、WNT5A）、RA受体信号下调，影响SSCs自我更新和精子发生进程。转录因子Wt1、Gata4、Ar表达下调，能量代谢基因（Hmgcs2、Idh1等）下调，炎症基因（Il1a、Ifi27等）上调。抑制素分泌减少可能影响HPG轴反馈调节。内吞功能衰退导致残余体累积和自噬水平下降，破坏血睾屏障（BTB）和精子释放。细胞连接异常，ZO-1、claudin-11等紧密连接蛋白下调，p-p38 MAPK激活MMP9破坏TJ屏障。细胞通讯异常，ErbB3-NRG1、CADM1-NECTIN3等配体-受体对丢失，而细胞连接基因（Ifit2、Pcdh1等）上调影响物理支撑。

4.2 衰老对间质细胞功能的影响

衰老导致睾酮水平下降，源于HPG轴退化和Leydig细胞功能减退。老年Leydig细胞对LH反应性降低，线粒体TSPO表达下降影响类固醇合成。cAMP/PKA信号缺陷、胆固醇导入障碍、MAPK通路异常激活及STAR、CYP11A1等类固醇合成酶减少共同导致睾酮分泌减少。氧化应激加剧，SOD、GSH等抗氧化剂减少，SIRT1-NRF2轴功能衰退进一步恶化氧化环境。干细胞Leydig细胞（SLCs）分化能力下降，Nestin介导的MERCs减少影响线粒体功能。单细胞测序显示Prdx6、Sod2等ROS相关基因上调，胶原和细胞因子基因（Col1a1、Vit等）下调，膜受体（Pdgfra、Fgfr1等）表达减少。

4.3 衰老对其他微环境细胞的影响

睾丸内皮细胞衰老标志物（SA-β-gal、p21）上调，支持GSCs增殖能力减弱。管周肌样细胞（PTM）胶原I沉积增加、层粘连蛋白形态异常，收缩相关基因（Acta2、Myh11等）下调，影响管壁收缩和精子运输。核心基质基因（Col3a1、Lamb1等）下调削弱ECM结构功能。

5 总结与展望

衰老通过多因素损害精子发生：血供减少和氧化应激累积恶化微环境；支持细胞功能退化导致生态位支持减弱；间质细胞睾酮分泌下降影响生殖细胞发育；生殖细胞自身功能异常共同导致精子数量质量下降。单细胞技术揭示了转录组变化，但分子改变因果性仍需深入探究。研究衰老机制对理解男性生殖衰老和干预策略具有重要意义。