轉錄因子PBX1在調控間質細胞分化和精子發生中的關鍵作用

來源：作者：人氣：-發表時間：2024-05-11 14:50:00【大中小】

摘要：研究團隊發現轉錄因子PBX1在睪丸間質細胞和管周肌樣細胞中特異表達。

哺乳動物精子發生是個高度復雜的細胞分化過程，涉及精原細胞增殖、精母細胞減數分裂和精子變形等發育關鍵事件。生殖細胞在各階段的命運轉換受體細胞的精密調控。睪丸間質細胞（Leydig cell）是分布于曲精小管間質區的一類特殊體細胞。這類細胞的核心功能是通過分泌雄性激素睪酮，維持睪丸結構和微環境的穩定。間質細胞功能障礙可直接導致動物性腺發育障礙、不育以及雄激素依賴的器官病變。目前，間質細胞類固醇合成中起核心作用的基因和通路已經明確，但調控其發育的重要轉錄因子依然需要深入挖掘鑒定。

中國科學院西北高原生物研究所動物生態與資源保護研究團隊通過對睪丸單細胞轉錄組數據的挖掘，發現轉錄因子PBX1（Pre-B-cell leukemia homeobox transcription factor 1)在睪丸間質細胞和管周肌樣細胞中特異表達。為研究該轉錄因子的功能，研究團隊利用Cre-Loxp系統制備了Pbx1間質細胞特異性敲除小鼠模型（以下簡稱敲除小鼠）。通過不育試驗和形態學分析發現，成年敲除小鼠完全不育，曲精小管結構嚴重受損，生精細胞擴散至間質區域。曲精小管結構的損壞導致睪丸微環境發生改變，從而對精母細胞減數分裂及其后期細胞的發育造成顯著影響。透射電鏡分析發現，敲除小鼠間質細胞內脂滴數量增多但直徑縮小，表明該轉錄因子在類固醇激素合成中可能發揮重要作用。

圖1 睪丸間質細胞PBX1功能的喪失導致睪丸發育不良和雄性不育

激素測定結果表明，PBX1功能缺失導致睪酮激素濃度顯著下降，同時伴隨著孕烯醇酮、雄烯二酮和促黃體生成素水平的顯著上升。間質細胞單細胞轉錄組分析發現，和對照相比，Pbx1缺失導致不同類型的間質細胞比例發生改變，比如成年間質細胞比例增加了21.85%。

更為重要的是，Pbx1缺失導致334個基因表達發生顯著改變，其中90.12%的差異基因表達下調，這些基因富集在膽固醇代謝、類固醇激素合成、脂質代謝等通路。結合單細胞和染色質免疫共沉淀測序（ChIP-seq）數據等，發現PBX1可直接調控Nr2f2、Prlr、Nedd4等類固醇合成相關基因的表達。

由于敲除小鼠睪酮水平顯著降低而該激素是維持睪丸微環境的關鍵激素，研究團隊通過對成年敲除小鼠補充外源睪酮開展了表型挽救實驗，結果顯示，雖然補充外源睪酮可以恢復敲除小鼠睪酮水平，但依舊存在顯著的生精缺陷。以上結果表明PBX1在調控間質細胞發育和類固醇激素的合成過程中發揮著重要作用。研究結果為深入解析間質細胞命運決定、睪丸發育不全和間質細胞激素分泌的分子調控提供了重要數據。

相關研究結果以?Loss of PBX1 function in Leydig cells causes testicular dysgenesis and male sterility 為題，于5月10日在?Cellular and Molecular Life Sciences?期刊（生物學2區TOP期刊，IF 8.0）在線發表。西北高原所博士研究生王菲晨為第一作者，楊其恩研究員為通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金（31771656和31571539），青海省自然科學基金（2020-ZJ-902）等項目的資助與支持。

參考資料

[1] Loss of PBX1 function in Leydig cells causes testicular dysgenesis and male sterility