清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院紀(jì)家葵課題組在《eLife》發(fā)文報(bào)道首次實(shí)現(xiàn)人類Sertoli細(xì)胞的體外重編程... 時(shí)間：2019-11-22
2019年11月11日，清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院紀(jì)家葵課題組在《eLife》雜志在線發(fā)表了題為“Induction of Sertoli-like cells from human fibroblasts by NR5A1 and GATA4”的研究論文。該文章首次建立了一套由人類成纖維細(xì)胞體外誘導(dǎo)Sertoli細(xì)胞的重編程系統(tǒng)，并對獲得的 hiSCs 細(xì)胞的特性及功能進(jìn)行了系列驗(yàn)證。
在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，Sertoli細(xì)胞（又稱睪丸支持細(xì)胞）是一群具有特殊功能的細(xì)胞，對精子發(fā)生的啟動(dòng)和調(diào)控具有舉足輕重的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，不孕不育困擾著世界上15%左右的夫婦。通過體外途徑分化干細(xì)胞獲得有功能的精細(xì)胞，為不孕不育的治療提供了一條切實(shí)可行的途徑。而對于精子體外分化體系的三維構(gòu)建，Sertoli細(xì)胞是不可或缺的組成部分。此外，Sertoli細(xì)胞還參與血睪屏障的形成，可以保護(hù)生殖細(xì)胞免遭免疫系統(tǒng)的攻擊。Sertoli細(xì)胞的這種免疫豁免特性可被應(yīng)用于異體移植等治療領(lǐng)域，作為保護(hù)移植細(xì)胞的有效載體。因此開展Sertoli細(xì)胞的研究具有重要的理論和臨床意義。
現(xiàn)階段，在體外長期培養(yǎng)并維持Sertoli細(xì)胞的特性仍存在較大困難。而受取材和倫理等方面的制約，從體內(nèi)大規(guī)模獲取Sertoli細(xì)胞并不可行。因此，增加了體外研究及應(yīng)用人類Sertoli細(xì)胞的難度。人類成纖維細(xì)胞來源較為豐富，如果能在體外實(shí)現(xiàn)成纖維細(xì)胞向Sertoli細(xì)胞的直接誘導(dǎo)，上述難題將迎刃而解。
圖1? Sertoli細(xì)胞體外誘導(dǎo)及分離體系
該研究首先通過高表達(dá)五個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（NR5A1/GATA4/WT1/SOX9/ DMRT1）及借助AMH:EGFP報(bào)告系統(tǒng)獲得類Sertoli細(xì)胞hiSCs。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)驗(yàn)證了五因子全部組合的重編程效果，證明了NR5A1在hiSCs細(xì)胞重編程過程中的充分作用，以及GATA4的促進(jìn)作用。最后，成功將重編程hiSCs細(xì)胞所需的轉(zhuǎn)錄因子數(shù)量優(yōu)化為兩個(gè)，即NR5A1和GATA4。這些hiSCs細(xì)胞，不僅具有和成人Sertoli細(xì)胞類似的轉(zhuǎn)錄圖譜，在功能上也表現(xiàn)出與體內(nèi)Sertoli細(xì)胞相似的特征：具備吸引內(nèi)皮細(xì)胞的能力，以及在細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)較明顯的脂滴積聚現(xiàn)象。不僅如此，共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)揭示，hiSCs細(xì)胞還可以在體外支持小鼠精原細(xì)胞的貼附及存活。值得一提的是，在免疫豁免能力方面，這些hiSCs細(xì)胞可抑制淋巴T細(xì)胞的增殖、降低IL-2的產(chǎn)量，以及保護(hù)共移植293FT細(xì)胞的壽命。最后，借助hiSCs誘導(dǎo)平臺(tái)，本文章還進(jìn)一步證實(shí)敲除間隙連接蛋白CX43會(huì)影響人類Sertoli細(xì)胞的成熟過程。
圖2? hiSCs細(xì)胞具備體內(nèi)Sertoli細(xì)胞的一些列特征
綜上所述，該研究首次建立了一套由人類成纖維細(xì)胞體外誘導(dǎo)Sertoli細(xì)胞的重編程系統(tǒng)，并對獲得的hiSCs細(xì)胞進(jìn)行了系列驗(yàn)證，證實(shí)hiSCs細(xì)胞具有與體內(nèi)Sertoli細(xì)胞相似的特性和功能。這些hiSCs細(xì)胞，不僅可作為研究Sertoli細(xì)胞發(fā)育機(jī)制的平臺(tái)，在不孕不育以及異體移植治療領(lǐng)域同樣有著廣闊的應(yīng)用前景。
清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院、干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)中心紀(jì)家葵研究員為本文的通訊作者，清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心畢業(yè)博士梁健霖為本文的第一作者。此外，來自紀(jì)家葵課題組的博士研究生王楠、何京及杜健對本研究同樣做出了重要貢獻(xiàn)。該論文還得到了來自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的李錚教授、湖南師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院何祖平教授、北京生命科學(xué)研究所陳婷教授和清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院王建斌研究員的大力支持。該研究得到了中華人民共和國科技部以及清華大學(xué)的經(jīng)費(fèi)資助。
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論文鏈接：https://elifesciences.org/articles/48767
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