综述：塞托利细胞在睾丸发育和男性生殖中的核心作用

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Sertoli cells as a hub in testicular development and male reproductive

本文综述了睾丸支持细胞（Sertoli cells, SCs）在性分化、精子发生及生殖疾病中的作用，涵盖SCs调控Leydig细胞、间质肌细胞及免疫细胞的分子机制，并讨论了单细胞转录组学在解析SCs功能多样性中的应用，以及环境因素如EDCs和肥胖对SCs功能的影响。

　　
睾丸支持细胞（Sertoli Cells, SCs）在男性生殖系统发育和功能中发挥核心作用，其机制及病理影响近年研究取得重要进展。SCs作为精原细胞（Germ Cells, GCs）的直接微环境调控者，不仅参与性别分化的启动，更通过动态的分子信号网络维持精子生成的连续性，其功能异常与多种男性不育症及生殖系统肿瘤密切相关。

### 一、SCs的发育生物学基础
在胚胎期，SCs前体细胞通过SRY基因激活启动睾丸分化程序。SRY蛋白通过调控SOX9表达，形成"分子开关"促进支持细胞谱系分化。值得注意的是，WT1基因在此过程中呈现时空特异性调控：在胚胎期早期通过抑制NR5A1（SF1）维持雌性向发育，随后在支持细胞分化中解除抑制，促进DHH信号通路激活，进而诱导间质细胞分化为Leydig细胞（LCs）和肌母细胞（PMCs）。这种动态的基因表达调控网络确保了睾丸微环境的精准构建。

在胎儿期第10周，SCs与生精细胞形成紧密接触的"细胞嵌合体"，其间的间隙逐渐被精原细胞充填。单细胞转录组学研究表明，人类SCs发育可分为三个阶段：早期（E10-15）以EGR3、JUN高表达为特征，负责细胞增殖；中期（出生至青春期）依赖S100A13、ENO1等标志物维持稳态；成熟期（成年）则表现为HOPX、DEFB119等分化标志物主导。这种阶段性发育特征在啮齿类动物和人中均得到验证。

### 二、SCs的微环境调控网络
SCs通过物理屏障和化学信号双重机制维持精原细胞 niche的稳定性。血睾屏障（BTB）的动态重构涉及TGF-β、TNF-α等细胞因子介导的紧密连接蛋白（occludin、claudin-11）重组。研究发现，SCs通过分泌GDNF、FGF2等生长因子维持精原干细胞自我更新能力，其表达水平随年龄增长呈指数下降，导致老年男性精原细胞储备显著降低。

在代谢调控方面，SCs通过三羧酸循环和乳酸代谢实现能量再分配。其表达的LDHA基因将丙酮酸转化为乳酸，经MCT4转运至精原细胞作为能量来源。研究证实，敲除SCs LDHA基因会导致精原细胞线粒体功能障碍和氧化应激水平升高，精子畸形率增加300%。这种代谢互作机制在青春期启动的精子生成中尤为关键。

### 三、SCs与其他支持细胞的协同作用
1. **LCs调控**：SCs分泌的DHH通过激活 hedgehog 通路促进LCs增殖，其表达水平与睾酮产量呈正相关。研究显示，SCs缺失会导致LCs数量减少50%-70%，且LCs的CYP17A1和CYP19A1表达下调，影响雄激素合成。值得注意的是，SCs通过分泌IL-1β和TNF-α调控LCs的分化阶段，这种免疫调节作用在新生儿LCs成熟中起关键作用。

2. **PMCs发育**：SCs分泌的WNT4和β-catenin通过调控PMCs的肌动蛋白网络形成，维持基底膜结构的完整性。单细胞测序发现，PMCs与SCs在发育早期共享70%以上的祖细胞来源，其间的机械信号传递依赖SCs表面的N-cadherin和PMCs的LGR4受体互作。

3. **免疫特权维持**：SCs通过分泌CXCL12形成"化学屏障"，抑制间质巨噬细胞（TMs）浸润。研究发现，SCs缺失模型中，CD8+ T细胞在睾丸内浓度增加3倍，导致生精细胞凋亡率上升。但SCs也通过分泌IL-10和TGF-β调节巨噬细胞极化，形成免疫调节的负反馈环路。

### 四、SCs功能障碍的病理机制
1. **性分化异常**：SRY基因突变或表达异常可导致支持细胞发育停滞。例如，WT1基因敲除小鼠的SCs完全退化为成纤维细胞，伴随LCs缺失和输精管闭锁。临床数据显示，46,XY DSD患者中35%存在SCs祖细胞缺陷。

2. **精子生成障碍**：SCOS（支持细胞-only综合征）作为最常见的非梗阻性无精症，其分子机制涉及：
- 核因子通路异常：NLRP3炎症小体激活导致SCs自噬增强，精子发生周期停滞
- 表观遗传调控失调：DNMT1表达下降引发H3K4me3组蛋白修饰异常，影响200+精子相关基因表达
- 胚胎期发育缺陷：FSCs增殖受阻导致生精小管管腔面积缩小40-60%

3. **环境因素影响**：双酚A（BPA）通过干扰SCs的AR（雄激素受体）信号通路，导致：
- 脂肪生成素（Leptin）水平升高，抑制FSH受体（FSHR）磷酸化
- AMPK/NF1K通路失衡，引发SCs线粒体功能障碍
- 胞间连接蛋白（Cx43）表达降低，BTB电阻率增加300%

### 五、年龄相关的SCs功能衰退
老年男性SCs呈现多维度功能衰退：
1. **基因表达重塑**：HOPX、DEFB119等成熟标志物表达下降，而BAX、PUMA等凋亡相关基因上调2-3倍
2. **代谢重构**：SCs的葡萄糖转运体GLUT1表达降低40%，乳酸代谢速率下降至青年期的1/3
3. **结构改变**：紧密连接蛋白occludin半衰期从青年期的24h缩短至12h，BTB通透性增加5倍
4. **免疫微环境失衡**：SCs分泌的IL-1β在老年期升高2倍，激活TMs的TLR4/NF-κB通路，导致生精细胞氧化损伤

### 六、治疗策略的生物学基础
基于SCs的微环境调控特性，新型治疗策略包括：
1. **生物工程干预**：构建SCs-生精细胞共培养系统，通过SCs分泌的GDNF、FGF2组合刺激精原细胞增殖
2. **代谢重编程**：靶向SCs的AMPK/ACC通路，恢复其葡萄糖摄取能力（恢复率可达65%）
3. **免疫调节治疗**：SCs来源的外泌体（直径30-150nm）通过激活TMs的Stat3通路抑制炎症因子分泌
4. **3D生物打印**：采用SCs与PMCs共基质支架，成功在体外重建生精小管结构，支持精子成熟

### 七、未来研究方向
1. **时空动态组学**：结合单细胞测序与活体成像技术，解析SCs在生精周期中的动态重构
2. **类器官模型优化**：开发包含SCs-PMCs-LCs-GCs的微流控芯片，模拟睾丸组织机械应力
3. **多组学整合分析**：建立SCs调控网络的蛋白-代谢-表观-转录组四维模型
4. **环境毒理数据库**：构建包含200+种EDCs的效应预测模型，重点评估SCs祖细胞毒性

该研究体系揭示了SCs作为睾丸"中央处理器"的多维调控网络，为解析男性生殖衰老和疾病机制提供了全新视角。未来需在临床转化层面重点突破SCs功能重建的技术瓶颈，包括异体SCs移植的免疫原性问题和干细胞定向分化效率等关键科学问题。