下丘脑-垂体-睾丸轴对间质干细胞的调节以及其异常导致性功能低下的机制研究

Leydig stem cells (LSC) can self-renew and differentiate and these are regulated by signal molecules produced by the hypothalamic-pituitary-testicular axis and niche. Pilot studies have shown that LSC is the multipotent stem cell, having potential to differentiate into either Leydig or myoid cell, and that NGF and IGF-1 are involved in regulation of these processes at multiple levels. At present, many of the mechanisms of key gene regulation are still unclear. We hypothesized that DHH , regulated by hypothalamic-pituitary-Sertoli cell axis, is a key factor in the differentiation of LSC into the Leydig cell lineage whereas PDGFBB mediates MyoD transcription as the core regulatory pathway for LSC into the myoid cell lineage. Using gene conditional knockout or overexpression and cell real-time imaging tracking study, we will study: ① what is the characteristics of LSC? ②the mechanism and PDGF and its receptor in regulating LSC; ③the mechanism of DHH in regulating LSC; ④the mechanism of WNT signal interacting with luteinizing hormone in regulating LSC self-renewal and differentiation; ⑤the mechanism of NGF/IGF-1 in the hypothalamus-pituitary-testicular axis in regulating LSC. These studies will provide a basis for addressing the therapeutic efficacy of stem cells.

睾丸间质干细胞（LSC）自我更新和分化受到下丘脑-垂体-睾丸轴和微环境产生的信号分子调控。前期实验发现LSC有向Leydig和Myoid细胞双向分化的潜能以及NGF和IGF-1在多水平参与调控。目前许多关键基因调控的机制仍不清楚。我们提出假说：下丘脑-垂体-Sertoli细胞轴分泌介导SF1转录的DHH是LSC向Leydig细胞分化的关键因子，而PDGFBB介导MyoD转录是LSC向Myoid细胞分化的核心调控通路。拟采用小鼠细胞特异性基因敲除或过表达及细胞实时成像跟踪研究：①LSC特征是什么？②PDGF和受体在调节LSC的作用和机制；③DHH在LSC定向分化的作用和机制；④WNT信号与黄体生成素互作在调控LSC自我更新和分化的机制；⑤NGF-IGF-1在下丘脑-垂体-睾丸轴调控LSC自我更新和分化的机制。这些研究将为解决干细胞治疗性功能低下提供基础。

睾丸间质干细胞（LSC）自我更新和分化受到下丘脑-垂体-睾丸轴和微环境产生的信号分子调控。但目前许多关键基因调控的机制仍不清楚。本课题首先用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析了乙烷二甲烷磺酸盐 (EDS) 处理SD雄性0天龄大鼠，研究出生后0、4、7、14、21、35和56天的睾丸细胞谱系时空变化; 其次采用CRE-LoxP重组培育睾丸间质细胞（ALC，Cyp17a1-Cre)和支持细胞（SC，Amh-Cre）与Igf1rflox/flox条件敲除IGF1RLCKO和IGF1RSCKO小鼠, 在雄性小鼠出生后第0、4、7、14、21、35和56天, 研究LSC发育的变化; 接着从不同年龄段的雄性大鼠中提取分离LSC、睾丸间质祖细胞、睾丸间质未成熟细胞以及ALC, 同时采用EDS处理成年雄性大鼠LSC再生模型, 从体外细胞培养和体内干细胞再生, 研究不同浓度的表皮生长因子（EGF）、肿瘤抑制素M（OSM）、成纤维细胞生长因子 1（FGF1）、成纤维细胞生长因子 16 （FGF16）、成纤维细胞生长因子同源因子1（FHF1）、胰高血糖素样肽-1 （GLP-1）、神经营养素-3（NT-3）、血小板衍生生长因子AA（PDGFAA）、血小板衍生生长因子BB（PDGFBB）, 以及骨形态发生蛋白4（BMP4）等因子对LSC自我更新与分化的影响及潜在的作用机制。通过细胞追踪，发现LSC具有多功能性，表达CD90，然后在成为ALC之前，干细胞定向分化成PDGFRA+干/祖细胞并表达ALC的生物标记（LHCGR和类固醇合成酶），也可以定向分化成类肌细胞（PMC）。这些有刺激LSC增生的因子（PDGFAA、PDGFBB、FGF1、FGF16、IGF1），有刺激LSC分化的因子（PDGFAA、IGF1、FHF1），有抑制LSC分化的因子（PDGFBB）。PDGFBB刺激LSC定向分化成PMC。这些研究结果将为解决干细胞治疗男性性功能低下提供理论基础。