化學抑制劑可暫時抑制供體SSC分化恢復宿主的繁殖力

　　組織干細胞可恢復移植后宿主組織的結構和功能受損。在血液中，造血干細胞移植被確立為白血病的根治性治療，從這一開創性研究開始，人們一直重視基于移植后再生能力來確定干細胞潛能，目前正在進行測試間充質和上皮組織干細胞移植可行性的試驗。在小鼠精子發生中，干細胞移植已被用于干細胞潛能的定量和功能評估，然而，我們對單個精原干細胞（spermatogonial stem cells, SSCs）及其后代在移植后命運行為的了解仍然模糊，也因此限制了開發新策略以提高當前低移植效率的潛力。

　　近日，來自日本NINS的Shosei Yoshida團隊在Cell Stem Cell雜志上發表了一篇題為“Transient suppression of transplanted spermatogonial stem cell differentiation restores fertility in mice”的文章。這項研究通過量化長期（長達180天）移植的GFRa1+和Ngn3+精原細胞的克隆命運，確定移植后供體精原干細胞的動態變化。在對克隆動態進行定量分析的基礎上，研究人員進一步開發并應用一種策略，通過使用化學抑制劑暫時抑制供體SSC分化來恢復宿主的繁殖力。

　　在小鼠中，SSC潛能主要局限于一小部分未分化精原細胞（Aundiff），Aundiff在其形態、基因表達和體內行為中顯示出異質性組成。為了確定在移植后恢復精子發生的SSC的身份并確定其在再繁殖期間的動態，作者首先對成年小鼠的宿主睪丸中的供體Aundiff進行了定量克隆命運分析（見圖1），盡管發現GFRα1+和Ngn3+這兩種細胞能在宿主精小管中定居，但絕大多數產生的克隆會隨之消失（移植后第一周）。由于SSC需要一個多月的時間才能完全分化并離開小管，因此這些克隆消失一定與細胞死亡相關。對移植后供體細胞組分變化的量化結果顯示，從Ngn3+狀態轉化的GFRα1+細胞在移植后作為真正的GFRα1+細胞發揮作用。在這里，我們需要提前了解，Aundiff的GFRα1+部分構成了自我更新池的大部分，同時產生了分化啟動的Ngn3+；而Ngn3+細胞很少自我更新，而是以依賴于維甲酸（RA）信號的方式分化為Kit+精原細胞，部分有可能可逆地過渡到GFRα1+狀態，在組織損傷后的恢復中起著至關重要的作用（見圖1A）。

　　圖1. 脈沖移植實驗示意圖

　　為了進一步闡明移植精原細胞的不同命運行為，作者進一步在宿主睪丸中進行活體成像分析，觀察到在移植后供體精原細胞并未進行完全分裂，而是在分離和合胞狀態之間不斷轉換，同時表現出頻繁的細胞死亡。隨后作者基于先前研究建立的可以定量捕獲克隆命運行為的模型，并基于活體成像的不完全分裂率測量值，調整四個擬合參數（合胞體分裂和細胞丟失的有效率、GFRα1+細胞室發生細胞丟失的時間以及GFRα1-細胞的有效增殖率）后，根據優化模型得出的結論，作者認為在初始活躍階段阻斷供體細胞的分化可能會擴大SSC細胞群規模，從而導致長期持續生存的可能性增加。

　　Ngn3+向Kit+分化精原細胞的分化是一個由RA信號驅動的過程（見圖1A），于是作者使用睪丸RA合成有效化學抑制劑Win18446（WIN）來證明上述猜想。有趣的是，作者發現WIN有效地阻止了Aundiff的分化，同時也觀察到GFRα1+細胞的增加，表明GFRα1–細胞向GFRα1+狀態的反向轉化增強。更為重要的是，WIN處理介導的未分化細胞池的擴大有效地提高了每個克隆長期存活的可能性，進一步支持克隆在獲得GFRα1+細胞后變得穩定的結論。

　　最后，作者評估了在移植后經WIN處理對宿主生育能力的影響。作者使用UBI-EGFP小鼠作為供體，與上述觀察一致，WIN處理的宿主中長期重新繁殖的克隆數量大量增加。12只接受WIN治療的宿主中有5只通過與正常雌性小鼠自然交配獲得正常產仔數的供體細胞衍生（GFP+）后代。相反，DMSO處理的對照組沒有產生后代。此外，來自WIN處理的宿主雄性的后代表現出正常的生長和生育能力。

　　總的來說，這項研究以單細胞分辨率分析了供體小鼠SSC的命運，證實了使用RA合成化學抑制劑暫時抑制供體SSC分化來恢復宿主及其后代生育能力的策略，揭示了精原細胞移植在從癌癥患者的生育能力恢復到生物多樣性保護的一系列潛在應用。