Science：“人工睪丸”誕生！重磅研究：用干細胞在體外從頭構建睪丸，并支持生成功能性精子

導語

重磅研究！

正確區分生殖器官的體細胞對于性別確定、性激素的生成以及生殖細胞的產生至關重要。在培養環境中重建這一過程將有助于我們更深入地理解這一過程，并能夠實現體外生成生殖細胞。

2026年2月26日，日本大阪大學Katsuhiko Hayashi團隊在Science 在線發表題為“Reconstitution of sex determination and the testicular niche using mouse pluripotent stem cells”的研究論文，該研究報告了利用小鼠多能干細胞對睪丸體細胞進行的重建工作。該重建過程重現了性別確定的過程，產生了能夠形成生精小管和相鄰間質組織的細胞類型。

重建的睪丸組織包含了由多能干細胞衍生的原始生殖細胞，并支持這些細胞分化為精原干細胞。這些精原干細胞在移植到睪丸后分化為功能性的精子。這項研究有助于更深入地理解性別確定過程，并為培養環境中男性生殖細胞的來源提供了另一種選擇。

哺乳動物的性別決定取決于生殖腺體細胞的分化過程，這一過程會形成一種具有性別特異性的環境，從而指導生殖細胞的發育并確保其生育能力。盡管基因性別在受精時就已經確定，但生殖細胞最初仍處于無性別的分化狀態，只有在與生殖腺體細胞相互作用后才會獲得雄性或雌性的身份。在體外重建這一過程將為研究性別決定的機制提供一個強大的平臺，并能夠實現體外生殖細胞的生成。然而，盡管已經能夠在多能干細胞中生成類似原始生殖細胞的細胞（PGCLCs），但重建具有功能性的生殖腺體細胞環境（特別是睪丸微環境）仍然是一個重大挑戰。

利用攜帶性別特異性標記物的鼠胚胎干細胞（分別為 Sox9-GFP（睪丸）和 Foxl2-tdTomato（卵巢）），該研究建立了能夠以 Y 染色體依賴的方式將細胞從具有雙能性的生殖腺狀態引導至睪丸間充質細胞樣細胞（TesLCs）的培養條件。通過調節骨形態發生蛋白（BMP）和 WNT 信號通路，能夠從 XY 細胞中特異性誘導出 SOX9 陽性的支持細胞，并伴隨著形成類似生精小管的結構，其中包含支持細胞和間質細胞樣細胞。

睪丸組織類器官的生成（圖源自Science ）

單細胞轉錄組分析顯示，體外分化軌跡與體內性別決定過程極為相似，出現了特異性雄性群體，其中富含 Sry、Sox9、Amh 和 Dmrt1 等對支持細胞分化和/或功能至關重要的基因。當與 PGCLCs 結合時，TesLCs 形成了支持雄性生殖細胞分化的睪丸器官樣結構。在這些器官樣結構中，PGCLCs 依次分化為促精母細胞和精母細胞，并進一步發展為啟動減數分裂的精母細胞。從器官組織中分離出的干細胞樣細胞（GSCLCs）被培養出來，并能夠在體外無限增殖。

將其移植到不育的受體小鼠體內后，GSCLCs 重新啟動了精子生成過程，并產生了能夠受精的成熟精子，從而產下了健康且具有生育能力的后代。該系統還揭示了性別決定的內在特征。與 SOX9 陽性細胞的分化嚴格依賴于 Y 染色體的存在不同，FOXL2 陽性細胞可以從 XY 細胞中產生，并支持卵子生成，這突顯了雄性和雌性性別決定途徑之間的根本不對稱性。

總之，本研究建立了一個完全具有多能性的干細胞衍生的睪丸發育模型，該模型重現了性別決定過程，并能夠生成具有功能性的精原干細胞，且無需使用胚胎組織。該平臺能夠對性腺發育、性別決定以及生殖細胞與體細胞的相互作用進行機制分析，并為將生殖細胞重建擴展到其他哺乳動物物種奠定了基礎，這對生殖生物學和醫學具有廣泛的意義。

參考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea0296

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