2019-08-29第八天：The Neonatal and Adult Human Testis Defined at the Single-Cell Level

title：The Neonatal and Adult Human Testis Defined at the Single-Cell Level

journal：cell report

IF：7.8

摘要：

精子形成过程中在小鼠中研究甚多，但是在人中研究的却很少。在本研究中，我们使用了单细胞的转录组测序技术来研究人的睾丸细胞，通过对新生胎儿的睾丸进行聚类分析得到了一些细胞的集合，包括一些原始生殖细胞的细胞群以及精原干细胞。在成年人的睾丸中，我们确定了四个未分化的精原细胞的类群，每个都表达特殊的marker基因。我们对初始的精原细胞群确定了特殊的蛋白的marker，可以帮助我们纯化这类细胞。我们将胎儿的生殖细胞与成人分化中的精原细胞一起映射为一个时间轴。我们也定义了在新生睾丸和成人睾丸中的体细胞类群，并且模拟了他们的发育轨迹。我们的数据提供了人类雄性生殖系及其体细胞的发育蓝图。PGC和精原干细胞的marker可以为后来精原干细胞治疗提供帮助。

简介：

精子形成过程是一个从雄性生殖祖细胞产生精子的过程，精子发生过程取决于一些重要事件的协调配合，这些事件起始于未分化的精原细胞。未分化的精原细胞也称之为精原干细胞，可以进行连续的自我更新，因此主要负责维持雄性个体生命周期中的生殖细胞系的稳定。当细胞不再自我更新时，来自祖细胞的精原干细胞，可以通过增殖和分化成为更高级的精原细胞类群。分化阶段最高的精原干细胞会形成精母细胞，经过减数分裂形成单倍体精细胞最终形成精子。

生殖细胞的分化要求其他特殊的体细胞的支持。这中间包括支持细胞，它是一种在曲细精管中直接与生殖细胞接触的保姆细胞。还包括管状肌样细胞（PTM)，这是一类可以分泌多种因子的肌肉细胞，在曲细精管的周围分布。还有间质细胞，存在于曲细精管外围的间隙中，主要分泌雄激素和一些其他的精子发生过程中的关键因子。

我们对精子发生过程的很多了解都是基于啮齿动物的研究。尽管人与小鼠在精子发生过程中有很多相似之处，但是亦有很多不同，包括曲细精管的形成以及精原细胞发育的模式和精子的排出等。

目前对人类精子发生过程研究最多的莫过于人精原干细胞的研究，因为这些细胞存在治疗不育症的潜力。研究领域中比较活跃的部分就是寻找精原干细胞的蛋白marker。然而，这些marker中的很多比如ENO2 LIN28 PLZF SALL4 SSEA4 UCHL1 UTF1等都不仅仅识别未分化的精原细胞而且还识别正在分化的精原细胞。而其他的marker 比如说ID4和FGFR3等，虽然对未分化的精原细胞相对特异，但是对人的精原干细胞的特异性还不清楚。GUO等使用单细胞RNA测序技术确定了四类精原细胞的状态，以及细胞的marker，但是他在文章中用的筛选方式为SSEA4，如前所述，本身就是一个不特异的marker，这就为实验引入了偏差。因此，大多数的精原干细胞并没有纳入他们的研究。

在这次交流中，我们使用了单细胞测序技术来分析了人类所有的睾丸细胞，这就可以让我们定义所有的生殖细胞和体细胞。包括一个特殊的未分化的亚群，具有高度富集的精原干细胞。使用免疫荧光和免疫组化以及流式分选等方法，蛋白marker可以被很好的定位。我们也确定了人类精原干细胞的初始建立的事件。在小鼠中，原始生殖细胞经历了表观重编程最终转化为精原干细胞的祖细胞，成为prospg或者是生殖原细胞，这个过程通过特殊的增殖和静息过程，最终在出生后的不久激活精原干细胞的有丝分裂。相反的，我们对人类中精原干细胞的形成过程知之甚少。生殖原细胞在晚期胎儿时期的和幼年时期的人类睾丸中存在，但是目前对他们的特征识别以及与精原干细胞的关系仍然未知。这里我们使用了单细胞测序技术可以让我们在这个关键的阶段定义这些特殊的生殖细胞和体细胞。通过比较幼年期和成年期睾丸的表达图谱，我们可以确定生殖细胞和体细胞的发育轨迹。我们的工作为研究人类睾丸的生殖细胞和体细胞的发育提供了蓝图。

结果

1、通过单细胞转录组测序确定的成年睾丸中的细胞子集

为了确定人类睾丸中的细胞类群，我们使用了单细胞转录组测序的方法分析来自与两个可育的成年男性（37和42岁）的睾丸细胞。最终保留了18723个细胞

2、精原细胞簇的确定

3、转化状态的细胞连接了精原干细胞与分化中的精原细胞

4、确定了三类表达特异性精原干细胞的marker 的未分化精原细胞

5、确定了候选的精原干细胞的marker 蛋白

6、确定了人类新生睾丸中的细胞类群

7、人类新生睾丸中的生殖细胞类群

8、PGCL的marker蛋白的确定

9、新生的生殖细胞到成年精原干细胞的映射

10、在发育状态和成人睾丸中的体细胞

11、人类新生睾丸中配体和受体的基因表达。