在小鼠睾丸类器官中重建精子发生并持续产生功能性单倍体生殖细胞

为什么培养微型睾丸很重要

对于无法产生精子的男性，目前能够生育有血缘关系后代的选择非常有限。本研究描述了一种用新生小鼠细胞在体外生长出微小“迷你睾丸”（称为睾丸类器官）的方法。这些类器官能够执行精子生成这一复杂过程的大部分步骤，甚至产生圆形精子样细胞，这些细胞在小鼠中可产生健康后代。这项工作为研究男性不育以及测试可能保护或恢复生育力的药物提供了强大的新工具。

在培养皿中构建微型睾丸

研究人员从新生小鼠获取睾丸细胞，促使它们聚集成小球状。他们随后使用两阶段培养液配方：先是有助于细胞组装出适当结构的“形成”阶段，随后是支持后期发育的“分化”阶段。这一分步方法产生了优化的睾丸类器官，称为O-Torgs，它们在数周内增大，并形成类似精曲小管的管状排列，这些结构与体内精子发育场所相似。与早期培养方法相比，这些类器官形成了更规则的管道，并包含所有关键的支持细胞类型。

复制真实睾丸的结构与激素特征

更仔细的检查显示，类器官重现了许多功能性睾丸的标志。显微镜下可见支持细胞层环绕管道并形成清晰的内腔，类似天然组织。血液与管腔内部之间的屏障也形成了，这对保护发育中生殖细胞至关重要。在小管内，研究团队观察到了完整谱系的生殖细胞，从早期干样细胞、分裂中的细胞到圆形精子样细胞。类器官产生的睾酮模式与正常睾丸发育高度一致，并在刺激时进一步升高，表明其激素产生细胞是活跃的。

从体外生长的生殖细胞到健康后代

为测试类器官产生的圆形精子细胞是否真正具备雄性生殖功能，科学家们将其直接注入小鼠卵细胞，这种技术与辅助生殖相关。类器官能够维持精子产生长达90天，这在体外培养中是一个异常长的周期。在不同时间点收集的精子细胞能够受精并发育成健康幼鼠。这些后代生长正常，具备生育能力，其后代也显示出生长和生殖器官的正常。对DNA进行的化学检测证实，重要的印记标记——那些控制父母遗传基因活性的标记——与天然精子中的相似。

支持性基质如何影响成功率

为什么这一两阶段培养方法能取得如此好效果？一个关键因素是细胞外基质，即围绕细胞的富含蛋白的支架。在早期形成阶段，所选培养基增加了与管状形成和细胞组织相关的基质成分。当团队故意用酶或其他化合物破坏这种支架时，类器官形成的管道变少且不规则，随后产生的精子细胞也减少。单细胞RNA测序显示，O-Torgs中的支持细胞与生殖细胞之间的通信更有效，保护屏障更强，并更明显地激活了参与关键减数分裂步骤的基因，这一过程使细胞的染色体数目减半。

用迷你睾丸模拟不育并测试药物

这些类器官还被用作化疗导致不育的模型。当暴露于抗癌药物布司肼（busulfan）时，O-Torgs收缩并失去许多生殖细胞，模拟了患者接受治疗时的损伤。研究人员随后加入了多种被报道可保护生育力的化合物，发现其中几种可以增加受损类器官中精子样细胞的数量。其中一种分子BTT-3033不仅在培养皿中改善了生殖细胞数量，还帮助接受布司肼处理的小鼠恢复了更大的睾丸、更多的精子以及更正常外观的管道。基因研究表明，其部分作用机制可能是通过减少睾丸的炎症和细胞死亡。

这对未来生育护理意味着什么

这项研究表明，精心分阶段的培养条件能诱导小鼠睾丸细胞自我组织为持续产生功能性精子样细胞的迷你器官。尽管该工作仍限于小鼠，尚未直接应用于人类治疗，但它提供了一个现实的试验平台，用于探究精子生成失败的原因并筛选可能保护或恢复生育力的药物，尤其适用于面临癌症治疗的男孩和男性。长期来看，进一步改进此类类器官或能帮助弥合基础生殖生物学与更安全、更有效的保育生育策略之间的差距。

引用: Wan, C., Li, Q., Yao, Z. et al. Reconstitution of spermatogenesis and continuous generation of functional haploid germ cells in mouse testicular organoids. Nat Commun 17, 4610 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71254-w

关键词: 睾丸类器官, 精子发生, 男性不育, 生殖细胞, 药物筛选