根據國民健康署統計資料顯示,104 年台灣不孕症盛行率高達 10%~15%,也就是每七對夫妻當中,就有一對面臨生育問題。其中,男性因素所佔比例並不低,自體免疫疾病、感染性疾病、外傷、藥物和環境毒素等因素,可能影響睪丸製造精子的能力,使得精子數目太少、活動力太差、精子畸形、無精子症、精子本身具有抵抗與卵子結合抗體的精液異常,以及精子與卵子結合為受精卵的能力受損,都可能是導致男性不孕症的罪魁禍首。

單細胞 RNA 定序 完成睾丸細胞基因體圖譜

近日,密西根大學醫學院(University of Michigan – Medicine)為了找出精子出錯的問題,透過單細胞 RNA 定序研究小鼠精子發育過程,並找到新的細胞類型和分子特徵,進而完成至今最完整的睾丸細胞基因圖譜。該研究刊登於《Developmental Cell》。

精子細胞發育過程是連續不斷的

該研究團隊分別分析了 34633 個小鼠睾丸細胞,並且測量了每個細胞數千個基因活性,並且確認所有已知的生殖細胞(germ cell)和體細胞(somatic cell),其中主要的生殖細胞群,包括精原細胞(spermatogonia, SPG)、減數分裂的精母細胞(meiotic spermatocytes, SCytes)、減數分裂後單倍體圓形精子細胞(post-meiotic haploid round spermatids, STids)、長型精子細胞(elongating spermatids, ES)。他們更發現,除了進入減數分裂時的單一離散過渡期之外,從幹細胞到成熟的精子細胞,發育過程基本上是連續的。

鑑定已知和意外的體細胞群

除了生殖細胞之外,他們還發現支持精子發育的睾丸內體細胞類型和狀態,包含 Sertoli 細胞、Leydig 細胞、類肌細胞(myoid)、內皮細胞和巨噬細胞。其中 Sertoli 細胞又可分為九種亞型,能維持細精管結構、排放精子、分泌精液,也能在整個發育過程中保護生殖細胞,並且從外部環境傳遞訊息;Leydig 細胞能分泌睪固酮(testosterone),類肌細胞有助於排放精子。

此外,他們也意外發現二種出人意料的體細胞類型,也就是第二型天然淋巴細胞(innate lymphoid type II cell, ILCII)和間質細胞(mesenchymal cell)群體。前者的 Id2、GATA3、CD90、IL7R、IL13 和 RORA 皆高度表現,可能與第二型輔助型 T 細胞(T helper cells 2, Th2)分泌細胞激素有關;後者的Tcf21、Arx、Vim、Col1A1 和 Sca1 皆高度表現,類似胚胎間質細胞祖細胞群(embryonic interstitial cell progenitor population),但該群體是否擁有祖細胞能力以及在成人睾丸中的作用尚不清楚,未來仍需近一步研究確認。

為不孕症研究奠下基礎

該研究主要作者 Sue Hammoud 博士表示,生殖細胞發育是一個非常複雜的過程,有關哺乳動物精子如何發育以及推動分化計劃的機制,人類仍有許多未知之處。因此,只有藉由了解生殖細胞和體細胞之間的相互作用機制,人們才能開始在培養皿中,更有效能且安全地推動這一過程。

最後該研究有趣的地方在於該研究團隊意外鑑定出類似於胚胎祖細胞的細胞群,他們也表示,未來將更深入地研究該細胞類型及其在成年睾丸中的應用潛力,更期望找出男性不孕症患者精子異常詳細機制,為家庭增長帶來新的希望。

延伸閱讀:生殖大革命 ── 未來將能製造人工配子繁衍新生命?

參考資料:
1. Developmental Cell, 2018; DOI: 10.1016/j.devcel.2018.07.025
2. https://www.gender.ey.gov.tw/gecdb/Stat_Statistics_Field.aspx
3. https://labblog.uofmhealth.org/lab-report/new-insights-on-sperm-production-lay-groundwork-for-solving-male-infertility

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