非梗阻性无精子症（Non-Obstructive Azoospermia, NOA）是最严重的精子发生障碍，总体发病率为男性人群的1%，我国预估患者已高达500万，这其中大部分为非遗传因素导致。由于对NOA病因与病程知之甚少，导致治疗手段极其匮乏，严重损害了男性健康与家庭社会和谐。目前对于参与人类生精微环境的体细胞成熟过程及其在无精症患者的病理变化鲜有系统报道。
近日，生命学院周智教授与上海交通大学附属第一人民医院李铮教授、中科院上海高等研究院王晨琛研究员和上海交通大学医学院附属儿童医学中心孙杰教授合作，通过分析不同年龄段与健康状况的人睾丸组织的单细胞测序数据，以睾丸生精微环境体细胞发育路径为标尺，阐明了参与微环境构筑的各类细胞发育进程，揭示了不同细胞类型之间的互作网络的动态变化。首次详细描绘了人睾丸生精微环境中体细胞尤其是支持细胞的发育路径及其在非遗传因素导致的男性不育患者中的病理变化特征。
该研究成果以Single-cell analysis of developing and azoospermia human testicles reveals central role of Sertoli cells为题，在线发表于Nature Communications。
周智课题组一直致力于环境因素导致的生殖细胞发育障碍研究。在该研究中，研究人员通过对病人和正常人睾丸组织的单细胞测序分析，深入探索生理状态下生精微环境的建立和成熟过程，理解环境因素在NOA患者发病原因和病理进展中的作用，发现3种NOA患者的睾丸支持细胞的转录状态与正常成人相比发生了最显著的改变。
图| 正常人和病人睾丸微环境细胞对比，支持细胞差异最显著。
聚焦于支持细胞，时序分析表明生理状态下支持细胞成熟经历了3个连续且独立的发育阶段，更新了原本认为支持细胞只有成熟和不成熟两种状态的认知，而这一过程中支持细胞功能特征和调控通路的动态变化与精子发生过程的推进密切相关。以支持细胞正常的发育路径作为标尺，团队发现特发性NOA支持细胞的转录组与正常的幼稚型支持细胞有约80%的重合度，表现为发育过程的谱系退化；而同样缺乏生殖细胞的Y染色体微缺失和克氏综合征患者的支持细胞与生理发育各阶段均不相似，表现为细胞凋亡、异常免疫反应和激素代谢紊乱等病理性变化。这也提示，找到促进支持细胞成熟的关键信号，将有助于改善特发性NOA患者支持细胞功能和生精微环境。
基于单细胞转录组数据进一步的通路分析，课题组发现Wnt/β-catenin信号通路的激活是幼稚型支持细胞和特发性NOA支持细胞共有的典型特征，提示其在调控支持细胞成熟中的重要作用。在体外培养的支持细胞中加入Wnt通路抑制剂处理14天后，支持细胞趋于成熟。另外，与精原细胞共培养实验结果表明，诱导成熟的支持细胞与对照组相比能在更长时间段维持精原细胞的存活，提示其支持、营养生殖细胞功能的改善。
图| 支持细胞发育路径及iNOA患者支持细胞成熟障碍导致不育的机制。
该研究以睾丸生精微环境体细胞发育路径为标尺，阐明了参与微环境构筑的各类细胞发育进程，揭示了不同细胞类型之间的互作网络的动态变化。聚焦于睾丸支持细胞，通过系统地比较正常发育和NOA患者的转录特征，发现了特发性NOA支持细胞谱系退化的特点，并且鉴定了Wnt通路作为诱导其成熟的潜在治疗靶点。这些发现为后续进一步阐明睾丸发育过程，探究生精障碍的发病机制，开发有效干预措施提供了新的理论基础与实验依据。
上海交通大学附属第一人民医院与上海科技大学联合培养博士研究生赵亮宇、姚晨成，青岛大学附属医院的荆涛为该文的共同第一作者。周智、李铮、王晨琛及孙杰为本论文的共同通讯作者。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-19414-4