对精子生成的新见解为解决男性不育问题奠定了基础

美国近八分之一的夫妇面临不孕症，其中约一半的病例可归因于男性伴侣的精液异常。

由于根本原因往往仍然是一个谜，对精子发育背后的基本生物学的新研究有朝一日可能会为那些想要发展家庭的人带来新的希望。

“生殖细胞发育是一个非常复杂的过程。关于哺乳动物精子如何发育以及驱动分化程序的原因还很多，”发展细胞杂志发表的一项新研究的主要作者Sue Hammoud博士说。。

精子是在雄性睾丸中不断产生的生殖细胞，使人在整个生殖期内都能生育。精子发育始于称为精原细胞的干细胞。像人体中的大多数细胞一样，精原细胞是二倍体，这意味着它们有两组染色体，一组来自每个父母。然而，与其他细胞不同，种系干细胞是我们体内唯一必须经历称为减数分裂的过程的细胞，减数分裂是一种细胞分裂，其产生仅具有来自原始亲本细胞的一组染色体的子细胞。

在受精过程中，一个精子和一个鸡蛋融合起来，开始一个新的，基因独特的个体。

但研究人员却没有更深入的见解。

“精子发生过程很难研究，因为我们无法在塑料培养皿中培养所有必需的细胞，”密歇根医学人类遗传学，妇产科和泌尿科助理教授Hammoud解释道。

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关于精子细胞如何发展的许多当前知识来自在显微镜下检查睾丸的组织切片或通过使用细胞表面标记物分析已知的细胞群，其类似于某些类型的细胞所佩戴的ID徽章。

使用这些劳动密集型方法，研究人员能够定义四种主要但不同的细胞类型：精原细胞(由干细胞和干细胞后代的干细胞和祖细胞组成)，精母细胞(减数分裂细胞的多样性库)，减数分裂后单倍体细胞称为圆形精子细胞，最后称为成熟精子。

哈蒙德指出，旧方法只分析了常见细胞的大杂烩。这些方法通常错过了罕见的细胞类型和关键的发育转变，可以帮助研究人员在体外复制这一过程或了解男性不育的实际原因。

为了克服这一挑战，这项新研究采用了一种新开发的先进技术，称为单细胞RNA测序，可以分别分析来自小鼠睾丸的30,000多个细胞，测量每个细胞数千个基因的活性。

这导致了迄今为止所有睾丸细胞最完整的目录。该团队使用这些数据来表征精子细胞发育计划，并找到新的细胞类型和分子特征。

例如，该图集首次揭示了精子在连续程序中发展，从一种生物状态无缝地移动到下一种生物状态。

“从干细胞到成熟精子细胞，发育计划在很大程度上是连续的，除了进入减数分裂时的单一离散过渡，”Hammoud说。“第一次学习这一点非常了不起。”

现在，研究人员可以利用有关该计划的知识，找到必须以精确的方式打开或关闭细胞以进行发育的基因 - 这是寻找恢复生育能力不足的男性生育能力的关键步骤。由于遗传或环境原因。

调查结果激发了未来的研究成果

在扩大科学家对生殖细胞的认识的同时，这项工作还为研究界提供了有关支持精子发育的睾丸内体细胞类型和状态的新信息。

例如，这项工作捕获了已知的细胞类型，例如产生睾酮的Leydig细胞，以及称为Sertoli细胞的细胞，其作用类似于围绕生殖细胞的护士细胞，在整个发育过程中保护它们并从外部环境传递信号。

有趣的是，该分析导致鉴定出类似于胚胎祖细胞的意外细胞群。这激发了该组织未来的工作，以更密切地关注这些细胞类型及其在成人睾丸中的潜力。

“只有通过了解生殖细胞和体细胞相互作用，我们才能开始在菜肴中高效安全地推动这一过程，”Hammoud说。