哺乳動(dòng)物精子發(fā)生是個(gè)高度復(fù)雜的細(xì)胞分化過程，涉及精原細(xì)胞增殖、精母細(xì)胞減數(shù)分裂和精子變形等發(fā)育關(guān)鍵事件。生殖細(xì)胞在各階段的命運(yùn)轉(zhuǎn)換受體細(xì)胞的精密調(diào)控。睪丸間質(zhì)細(xì)胞（Leydig cell）是分布于曲精小管間質(zhì)區(qū)的一類特殊體細(xì)胞。這類細(xì)胞的核心功能是通過分泌雄性激素睪酮，維持睪丸結(jié)構(gòu)和微環(huán)境的穩(wěn)定。間質(zhì)細(xì)胞功能障礙可直接導(dǎo)致動(dòng)物性腺發(fā)育障礙、不育以及雄激素依賴的器官病變。目前，間質(zhì)細(xì)胞類固醇合成中起核心作用的基因和通路已經(jīng)明確，但調(diào)控其發(fā)育的重要轉(zhuǎn)錄因子依然需要深入挖掘鑒定。

中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所動(dòng)物生態(tài)與資源保護(hù)研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)睪丸單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的挖掘，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子PBX1（Pre-B-cell leukemia homeobox transcription factor 1)在睪丸間質(zhì)細(xì)胞和管周肌樣細(xì)胞中特異表達(dá)。為研究該轉(zhuǎn)錄因子的功能，研究團(tuán)隊(duì)利用Cre-Loxp系統(tǒng)制備了Pbx1間質(zhì)細(xì)胞特異性敲除小鼠模型（以下簡(jiǎn)稱敲除小鼠）。通過不育試驗(yàn)和形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，成年敲除小鼠完全不育，曲精小管結(jié)構(gòu)嚴(yán)重受損，生精細(xì)胞擴(kuò)散至間質(zhì)區(qū)域。曲精小管結(jié)構(gòu)的損壞導(dǎo)致睪丸微環(huán)境發(fā)生改變，從而對(duì)精母細(xì)胞減數(shù)分裂及其后期細(xì)胞的發(fā)育造成顯著影響。透射電鏡分析發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)脂滴數(shù)量增多但直徑縮小，表明該轉(zhuǎn)錄因子在類固醇激素合成中可能發(fā)揮重要作用。激素測(cè)定結(jié)果表明，PBX1功能缺失導(dǎo)致睪酮激素濃度顯著下降，同時(shí)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(zhì)細(xì)胞單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，和對(duì)照相比，Pbx1缺失導(dǎo)致不同類型的間質(zhì)細(xì)胞比例發(fā)生改變，比如成年間質(zhì)細(xì)胞比例增加了21.85%。更為重要的是，Pbx1缺失導(dǎo)致334個(gè)基因表達(dá)發(fā)生顯著改變，其中90.12%的差異基因表達(dá)下調(diào)，這些基因富集在膽固醇代謝、類固醇激素合成、脂質(zhì)代謝等通路。結(jié)合單細(xì)胞和染色質(zhì)免疫共沉淀測(cè)序（ChIP-seq）數(shù)據(jù)等，發(fā)現(xiàn)PBX1可直接調(diào)控Nr2f2、Prlr、Nedd4等類固醇合成相關(guān)基因的表達(dá)。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(huán)境的關(guān)鍵激素，研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)成年敲除小鼠補(bǔ)充外源睪酮開展了表型挽救實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，雖然補(bǔ)充外源睪酮可以恢復(fù)敲除小鼠睪酮水平，但依舊存在顯著的生精缺陷。以上結(jié)果表明PBX1在調(diào)控間質(zhì)細(xì)胞發(fā)育和類固醇激素的合成過程中發(fā)揮著重要作用。研究結(jié)果為深入解析間質(zhì)細(xì)胞命運(yùn)決定、睪丸發(fā)育不全和間質(zhì)細(xì)胞激素分泌的分子調(diào)控提供了重要數(shù)據(jù)。

相關(guān)研究結(jié)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(xué)2區(qū)TOP期刊，IF 8.0）在線發(fā)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(guó)家自然科學(xué)基金（31771656和31571539），青海省自然科學(xué)基金（2020-ZJ-902）等項(xiàng)目的資助與支持。

論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00018-024-05249-5

論文模式圖：轉(zhuǎn)錄因子PBX1在間質(zhì)細(xì)胞發(fā)育和睪酮分泌中發(fā)揮關(guān)鍵作用

論文代表圖：A：轉(zhuǎn)錄因子PBX1在小鼠間質(zhì)細(xì)胞表達(dá)；B：間質(zhì)細(xì)胞特異性敲除Pbx1導(dǎo)致曲精小管結(jié)構(gòu)完整性受損；C：Pbx1敲除導(dǎo)致間質(zhì)細(xì)胞基因表達(dá)異常；D: Pbx1敲除導(dǎo)致不同類型間質(zhì)細(xì)胞比例異常；E：ChIP-seq結(jié)果顯示PBX1和Nr2f、Prlp、Nedd4等類固醇合成關(guān)鍵基因的啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合；F：Nr2f、Prlp、Kit蛋白在Pbx1敲除間質(zhì)細(xì)胞的表達(dá)水平低于對(duì)照；G：Pbx1敲除小鼠睪酮水平顯著降低。