李 淇，楊澤純，葉爾柏，周玉其，楊 春*，杜以寬（.廣東醫(yī)科大學(xué)干細(xì)胞與再生組織工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東東莞 523808；2.廣東省東莞市人民醫(yī)院，廣東東莞 523059）

精子的活性對(duì)受精成功和健康后代的發(fā)育至關(guān)重要。近年來(lái)，男性的性能力下降，男性精液質(zhì)量也普遍下降。在這樣的情況下，不孕不育問(wèn)題困擾著大量的家庭，因此提升精子活力的意義重大。目前臨床上的治療手段均存在不同程度的局限性[1]，而隨著學(xué)者們對(duì)干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和深入研究，干細(xì)胞對(duì)精子的作用逐漸被挖掘，眾多研究表明干細(xì)胞及其分泌的物質(zhì)對(duì)精子活力、質(zhì)量等的提升具有重大意義[2-4]。其中，脂肪干細(xì)胞（AD-MSCs）以其獨(dú)特的生物特性成為干細(xì)胞改善精子活性的一大研究重點(diǎn)。本文就脂肪干細(xì)胞對(duì)精子生成和活性改善的機(jī)制作一綜述如下。

1 脂肪干細(xì)胞促精子生成

1.1 AD-MSCs分化為生殖細(xì)胞

AD-MSCs 具有多項(xiàng)分化潛能，在體外誘導(dǎo)下AD-MSCs 具有向生殖細(xì)胞方向分化的潛在能力[5-7]。有研究者將AD-MSCs 與TM4 細(xì)胞在維甲酸(RA)和睪酮(T)誘導(dǎo)下共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)其通過(guò)激活TGFβ-SMAD2/3、JAK2-STAT3 和AKT 通路，促進(jìn)雄性生殖細(xì)胞（MGLCs）的體外高效生成[7]。Cakici 等[8]將ADMSCs 注入無(wú)精子癥大鼠睪丸，記錄分析睪丸尺寸變化及精子生成情況，發(fā)現(xiàn)生精小管中存在細(xì)胞起源為移植的AD-MSCs 的生精細(xì)胞，在此過(guò)程中，移植的AD-MSCs在生精小管的細(xì)胞因子調(diào)節(jié)誘導(dǎo)作用下轉(zhuǎn)分化為生精細(xì)胞繼而發(fā)育為精子。以上研究表明，在一定的誘導(dǎo)條件下，AD-MSCs 具有分化發(fā)育為精子的潛力。但AD-MSCs在上述研究中均顯示需要在誘導(dǎo)因素的基礎(chǔ)上才能有下一步轉(zhuǎn)分化為生精細(xì)胞的能力，缺乏誘導(dǎo)前提能否進(jìn)行轉(zhuǎn)分化尚未研究透徹，需要更為深入的研究探討。

1.2 AD-MSCs直接/間接參與生精過(guò)程

有研究發(fā)現(xiàn)移植AD-MSCs能誘導(dǎo)無(wú)精子癥鼠生精[9]，AD-MSCs可以通過(guò)在宿主生精小管內(nèi)產(chǎn)生生發(fā)細(xì)胞來(lái)重建管狀微環(huán)境，并促睪丸生發(fā)細(xì)胞在其新的生態(tài)位中分化修復(fù)睪丸生精小管，促進(jìn)生精[9-10]。此外，在一項(xiàng)移植AD-MSCs 改善D-半乳糖致衰老大鼠性能力的研究中[10]，經(jīng)細(xì)胞治療后的致衰大鼠曲細(xì)精管內(nèi)精子增多，具體是通過(guò)AD-MSCs 治療加強(qiáng)睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌的17β-HSD、3β-HSD 從而促進(jìn)睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成睪酮實(shí)現(xiàn)的[11]。17β-HSD、3β-HSD 在類(lèi)固醇激素的生物合成中起著核心作用，包括刺激雄激素和雌激素的產(chǎn)生[12]，而兩種激素又不同程度地影響精子釋放[13-14]。同時(shí)睪酮的含量也會(huì)影響精子的生成[15-16]。以上研究均提示AD-MSCs參與生精過(guò)程。

2 AD-MSCs改善受損精子活性

2.1 脂肪干細(xì)胞改善氧化應(yīng)激

大量研究發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激是導(dǎo)致精子活力下降的重要因素之一[17-19]。氧化應(yīng)激是由活性氧（ROS）失衡導(dǎo)致的[20-22]。而在精子的冷凍保存過(guò)程中，精子細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生過(guò)量活性氧，導(dǎo)致氧化應(yīng)激產(chǎn)生從而破壞精子的質(zhì)量[23-24]。故研究者通過(guò)精子冷凍氧化性損傷機(jī)制進(jìn)行探討，以期進(jìn)一步提高家畜精液冷凍保存品質(zhì)。同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)，將精子與AD-MSCs 分泌體共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)精子空泡化和DNA 斷裂現(xiàn)象減少[25]。因此利用AD-MSC 通過(guò)其分泌物具有免疫調(diào)節(jié)和抗氧化的作用，研究者提出了AD-MSC 改善精子參數(shù)的想法。有趣的是，在相似的方面有研究通過(guò)在適當(dāng)?shù)臐舛认掠肁D-MSCs 處理冷凍后解凍的犬精液，發(fā)現(xiàn)犬精液質(zhì)量得到較大改善[26]。從AD-MSCs中提取外泌體處理解凍犬精液，精子在運(yùn)動(dòng)性、活精子百分比、膜完整性和頂體完整性等方面均有所提升，具體是通過(guò)提高H3 和HMGB1 蛋白的表達(dá)水平及降低ROMO I 的表達(dá)水平來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這進(jìn)一步表明AD-MSCs 外泌體治療可通過(guò)啟動(dòng)受損的精子修復(fù)和減少活性氧的產(chǎn)生來(lái)提高解凍后犬精液的質(zhì)量[27]。

此外，Akt/GSK3 軸控制精子中糖生成/溶解的平衡[28]，而糖酵解能使精子中ATP 含量增加，研究發(fā)現(xiàn)睪丸注射眼眶脂肪干細(xì)胞（OFSCs）可通過(guò)Akt/GSK3軸的激活和糖酵解的促進(jìn)增強(qiáng)精子的活力[29]。

2.2 AD-MSCs外泌體與纖維連接蛋白

AD-MSCs外泌體可通過(guò)調(diào)控纖維連接蛋白（Fn）進(jìn)而影響精子活力。有研究發(fā)現(xiàn)，脂肪干細(xì)胞可以分泌和表達(dá)Fn[27,30-31]。Fn可以通過(guò)增強(qiáng)酪氨酸蛋白質(zhì)磷酸化等機(jī)制誘導(dǎo)人類(lèi)精子頂體反應(yīng)、增加獲能精子數(shù)量[32-33]，其對(duì)精子的獲能、活化、存活率等均有重大作用。有趣的是，來(lái)自miR-181-5P 的AD-MSCs 外泌體可下調(diào)纖維連接蛋白[34-35]，這提示AD-MSCs外泌體可通過(guò)對(duì)纖維連接蛋白的調(diào)節(jié)間接影響精子活性。

3 其他相關(guān)機(jī)制

梁政等[36]發(fā)現(xiàn)，AD-MSCs 來(lái)源的外泌體可通過(guò)激活PI3K/Akt 信號(hào)通路進(jìn)而誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡。而有研究結(jié)果表明，脂肪干細(xì)胞可以通過(guò)mTOR、p70S6K、HIF-1α 等通路治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡，并通過(guò)VEGF/mTOR/Akt 通路增強(qiáng)促血管生成信號(hào)的放大[37-38]。這些研究結(jié)果顯示脂肪干細(xì)胞能夠通過(guò)以上通路發(fā)揮其細(xì)胞治療的作用。而大量研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)激活cAMP-PKA 信號(hào)通路[39-41]、MTOR 途徑[42]可以抑制ROS 內(nèi)蛋白質(zhì)的去磷酸化或抑制ROS 的分泌，由此可改善氧化應(yīng)激造成的精子損傷。此外，PI3K/AKT 信號(hào)通路與大鼠雄性生殖的氧化應(yīng)激損傷相關(guān)[43]，褪黑素可通過(guò)PI3K/AKT 信號(hào)通路降低人精子冷凍保存過(guò)程中的低溫?fù)p傷并改善其的氧化應(yīng)激[44]。這些研究結(jié)果表明，氧化應(yīng)激造成的精子損傷可能通過(guò)cAMP-PKA、MTOR、PI3K/AKT 等信號(hào)通路緩解和恢復(fù)。另外，有研究發(fā)現(xiàn)mTORC1 信號(hào)通路、TRIB3-AKT-mTORC1-p70S6K/4EBP1 信號(hào)通路等參與調(diào)節(jié)大鼠精原干細(xì)胞和精子發(fā)生過(guò)程[45-47]。這些研究結(jié)果提示脂肪干細(xì)胞可能通過(guò)cAMP-PKA、MTOR、PI3K/AKT、mTORC1 等通路發(fā)揮其緩解精子氧化應(yīng)激損傷、促進(jìn)精子生成的作用，但此假設(shè)需要進(jìn)一步的研究驗(yàn)證。

除上述機(jī)制之外，有研究表明miR-125a 能調(diào)控精原干細(xì)胞增殖和凋亡[48]，而miR-125a 是間充質(zhì)干細(xì)胞（MSC）中表達(dá)豐度較高的miRNA[49]，由此看來(lái)，miR-125a 或許可成為脂肪干細(xì)胞調(diào)節(jié)精子生成的另一潛在機(jī)制。此外還有研究發(fā)現(xiàn)，用MSC 衍生的微囊泡（MVs）處理精子后，參與精子融合和信號(hào)特性的表面黏附分子(CD29、CD44、ICAM-I 和VCAM-I)表達(dá)水平提高[50]，而AD-MSCs 內(nèi)也已檢測(cè)到上述細(xì)胞因子[8]，提示脂肪干細(xì)胞可能與MVs對(duì)改善凍融精子質(zhì)量具有同種效果，但其具體機(jī)制尚未明了，仍需進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)語(yǔ)

本文著重闡述了AD-MSCs對(duì)精子生成以及活性改變的作用，并試圖通過(guò)尋找相應(yīng)的機(jī)制構(gòu)建聯(lián)系。作為干細(xì)胞的一員，脂肪干細(xì)胞具有修復(fù)組織以及轉(zhuǎn)分化的能力，可通過(guò)修復(fù)受損的生精小管或轉(zhuǎn)分化為生殖細(xì)胞從而促進(jìn)及參與精子生成。AD-MSCs可通過(guò)促進(jìn)睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌17β-HSD、3β-HSD 進(jìn)而促進(jìn)精子生成。此外，脂肪干細(xì)胞外泌體能夠通過(guò)提高H3 和HMGB1 蛋白以及降低ROMO I 的表達(dá)水平進(jìn)而改善ROS 失衡，降低氧化應(yīng)激造成的損傷。有趣的是，有研究發(fā)現(xiàn)H3甲基化能夠上調(diào)3β-HSD的表達(dá)水平[51]。這提示脂肪干細(xì)胞外泌體可通過(guò)提高H3 的表達(dá)水平，降低氧化應(yīng)激造成機(jī)體損傷的同時(shí)，H3 也能上調(diào)3β-HSD促進(jìn)更多精子的生成。但具體機(jī)制尚不明確，仍需進(jìn)一步的研究。

與此同時(shí)，有研究表明，HMGB1 能夠影響Fn 的表達(dá)和分泌[52-53]。這也提示了脂肪干細(xì)胞外泌體可以在提高HMGB1 的表達(dá)水平，改善ROS 失衡的過(guò)程中，通過(guò)HMGB1促進(jìn)Fn的表達(dá)和分泌來(lái)進(jìn)一步提高精子的活力。

大量的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，PI3K/Akt 信號(hào)通路、mTOR 信號(hào)通路以及mTORC1 信號(hào)通路等均參與氧化應(yīng)激和精子生成機(jī)制，同時(shí)AD-MSCs 也相應(yīng)地通過(guò)這些機(jī)制發(fā)揮作用。這提示脂肪干細(xì)胞可能通過(guò)PI3K/Akt信號(hào)通路、mTOR信號(hào)通路以及mTORC1信號(hào)通路等通路發(fā)揮其對(duì)抗氧化應(yīng)激和促進(jìn)精子生成的作用，但具體機(jī)制仍需后續(xù)研究進(jìn)行驗(yàn)證。

綜上所述，隨著對(duì)AD-MSCs研究的深入，其在生殖領(lǐng)域尤其是精子方面的作用將更清晰，但其應(yīng)用仍需要嚴(yán)格的臨床研究以及后續(xù)長(zhǎng)期安全性的觀(guān)察。目前脂肪干細(xì)胞對(duì)精子的應(yīng)用尚不成熟，需要研究者對(duì)脂肪干細(xì)胞與精子的關(guān)系做進(jìn)一步的研究，以取得脂肪干細(xì)胞對(duì)精子生成及其活性改變的突破性進(jìn)展。