scRNA-seq揭示蒙古牛睾丸中不同细胞簇及Sertoli细胞中EGR1/FOS/JUN的调控

耐寒牛如何保持生育力

蒙古牛以能在冬季漫长、食物稀缺且环境恶劣的冰封草原上生存而著称。然而它们的公牛仍能产生足够健康的精子以维持肉牛和乳牛群体。本研究提出一个根本性问题：在如此严酷的环境下，睾丸内单个细胞层面上发生了什么，使得生育力得以维持？

睾丸内的多种细胞类型

研究者首先从幼年和成年蒙古牛取小块睾丸样本，测定了四万多个单细胞中开启的基因。借助这张单细胞图谱，他们能够将细胞划分为熟悉的组别，如精子前体、激素生成细胞、免疫细胞和血管细胞。他们发现成年动物的睾丸细胞总数更多，而幼年动物中一种关键支持细胞类型——即衬里精子发育管道的细胞——所占比例更大。这提示这些支持细胞随时间的变化可能是睾丸成熟与维持精子生成的核心所在。

关键支持细胞的四个阶段

聚焦于这些被称为Sertoli细胞的支持细胞，研究团队发现它们并非同质。相反，它们分成四个不同的簇，形成从未成熟到完全成熟的平滑演进路径。在犊牛中，四个阶段的细胞数量相近，但在成年动物中，最终的成熟阶段占主导。沿着这一路径，基因活动发生了变化：早期细胞高度活跃，表达许多与细胞调控和应激反应相关的基因，而晚期细胞则更侧重于与精子处理和睾丸结构相关的基因。中间的两个阶段似乎专门用于大量合成蛋白，以支持这一过渡。

控制细胞成熟的开关

在早期阶段的基因中，有一个基因显得像是一个控制开关：一种名为EGR1的调控因子。随着Sertoli细胞成熟，其活性显著下降，暗示它可能帮助启动发育程序。通过将蒙古牛与荷斯坦牛和水牛进行比较，作者表明这一早期Sertoli细胞状态及其基因特征（包括EGR1）在物种间均可见，尽管强度有所不同。这表明启动和引导Sertoli细胞成熟的基本机制在这些动物间是共享的，即便地方品种如蒙古牛可能对此进行不同程度的调节。

有助于建立稳固屏障的信号

为测试EGR1的实际功能，科学家们分离Sertoli细胞并改变该调控因子的表达量。当他们降低EGR1时，两个伙伴蛋白FOS和JUN的水平下降；当他们提升EGR1时，FOS和JUN上升。进一步实验显示，EGR1可以物理结合在FOS和JUN基因附近，直接激活它们。FOS和JUN共同构成已知的调控单元，进而激活Nectin 2，这是一种有助于将Sertoli细胞在血睾屏障处黏合在一起的分子。该屏障将正在发育的精子与免疫系统及有害物质隔离开来，对正常的精子发育至关重要。

这对牛群生育力的意义

简言之，这项研究揭示了睾丸支持细胞内的一条信号链，帮助它们成熟并相互锁合，形成围绕发育中精子的保护性屏障。EGR1位于这条链的上游，启动FOS和JUN的表达，继而促进Nectin 2及牢固的细胞连接。通过在蒙古牛中逐细胞绘制这一路径，研究为解释其睾丸在挑战性环境下仍能保持功能提供了细胞学依据，并为比较不同牛种的生育特征与睾丸健康提供了框架。

引用: Gao, S., Zhang, S., Ren, H. et al. scRNA-seq reveals different cell clusters in the testes of Mongolian cattle and EGR1/FOS/JUN regulation in Sertoli cells. Sci Rep 16, 15371 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44429-0

关键词: 蒙古牛, Sertoli细胞, 单细胞RNA测序, 睾丸发育, 精子发生