干货！睾丸主要细胞的自噬及其研究进展

自噬是一种进化上保守的细胞重编程机制，存在于所有真核生物中。睾丸中几种主要细胞的自噬，不仅对睾丸精子发生具有重要意义，而且参与调控睾丸支持细胞和间质细胞的生物学功能。睾丸由体细胞(支持细胞和间质细胞)和生殖细胞组成。睾丸支持细胞（SCs）与血睾屏障之间的紧密连接有助于为SCs提供营养和空间支持，并使其成为生殖细胞数量的主要决定因素。同时，睾丸间质细胞(LCs)则通过内分泌调节精子发生。自噬几乎参与了上述所有过程。本文综述了睾丸主要细胞的自噬及其在精子发生和睾丸内分泌中的作用。

雄性生育能力的保持是生物界中一个复杂而精细的过程，其核心在于精子发生的顺利进行，这一过程涵盖了雄性生殖细胞在睾丸曲精小管内的增殖、分化以及最终成熟等多个核心环节。这些环节并非孤立存在，而是相互关联、相互影响的，共同构成了雄性生育能力的基石。在精子发生的过程中，睾丸间质细胞（LCs）起到了至关重要的作用，它们能够合成并释放类固醇激素睾酮，这是一种对雄性生殖过程具有关键调控作用的激素。睾酮能够刺激生殖细胞的增殖与分化，同时也有助于维持生殖系统的正常功能。因此，LCs功能的正常与否，直接关系到雄性生育能力的强弱。在这个过程中，自噬作为一种细胞内在的调控机制，发挥着不可或缺的作用。自噬是一种进化上保守的细胞重编程机制，存在于所有真核生物中；其作为一种细胞自我消化的过程，能够帮助细胞清除受损或多余的细胞器、蛋白质等物质，从而维持细胞内环境的稳态。在雄性生殖过程中，自噬能够协助LCs根据生理环境的变动趋势，灵活调整其内在状态，以适应外界环境的挑战。本文综述睾丸几种主要细胞的自噬及其研究进展。

一、自噬概述

自噬是细胞内细胞器、错误折叠的蛋白质、病毒以及细胞内细菌等物质降解/循环的一种途径，能够去除一些不需要的成分，为生物体提供能量和必需的物质。根据分子机制的不同，自噬分为3种类型：微自噬、巨自噬和伴侣介导的自噬。

在微自噬中，溶酶体通过溶酶体膜向内内翻直接吞噬细胞质。脂噬是一种微自噬，是新的脂质降解途径，脂质可以通过溶酶体途径选择性降解。在伴侣蛋白的帮助下，选择性蛋白可以被靶向并转运到溶酶体腔内，这一过程被称为伴侣蛋白介导的自噬。

巨自噬是研究最广泛的自噬类型，它需要使用中间细胞器——自噬体，自噬体与溶酶体融合成为自噬体并降解其中包含的内容物。在没有特殊说明的情况下，自噬过程大部分指的是巨自噬。线粒体自噬是典型的巨自噬，指通过自噬选择性去除线粒体。当线粒体受到刺激，如活性氧、营养剥夺或缺氧时，受损的线粒体去极化，特异性地被包裹到自噬体中，并与溶酶体融合。

自噬也可分为选择性自噬和非选择性自噬。非选择性自噬意味着溶酶体充满了降解的细胞器或其他有害的细胞质成分。虽然选择性自噬更容易解释，但它指的是特定底物的降解。此外，还有核糖自噬、网状自噬、分泌自噬等。

二、睾丸主要细胞的自噬

及其在精子发生和睾丸内分泌中的作用

睾丸由体细胞(支持细胞和间质细胞)和生殖细胞组成。睾丸支持细胞（SCs）与血睾屏障之间的紧密连接有助于为SCs提供营养和空间支持，并使其成为生殖细胞数量的主要决定因素。同时，LCs则通过内分泌调节精子发生。自噬几乎参与了上述所有过程。

1.自噬与精子发生：

精子发生过程是一个复杂且精细的生物学过程，涉及多个关键步骤。这一过程起始于精原细胞的增殖，通过有丝分裂的方式实现细胞数量的扩增，为后续阶段提供充足的细胞储备。首先，精原细胞在睾丸的曲细精管中通过有丝分裂的方式不断扩增；接下来，初级精母细胞进入减数分裂阶段；精子细胞经过一系列的形态变化，最终形成成熟的精子。这一过程包括细胞核的浓缩、细胞质的重塑以及鞭毛的形成等。成熟的精子具有独特的形态结构，包括头部、颈部和尾部，使其能够在生殖道中顺利游动，并与卵子结合完成受精过程。精子形成的过程中，圆形单倍体精子转变为细长精子。最近的研究表明，自噬参与了精子发生的各阶段，包括残体的清除、顶体生物发生、细胞骨架调节和外质特化组装等。

一项研究指出，SCs在自噬-溶酶体介导的途径中可以清除残体和生殖细胞碎片。在线虫中，虽然生殖腺鞘细胞中残体的吞噬和降解涉及到凋亡细胞清除的相关基因，但缺乏激活凋亡的必需基因并不影响残体的清除。在哺乳动物中，细胞质的优势部分分离成残体参与了精子的产生。此外，泛素蛋白酶体系统（UPS）负责Parkin介导的有丝分裂，在哺乳动物精子发生过程中非常活跃。一些自噬相关蛋白（ATG）如ATG7参与了额外细胞质的去除。

有研究显示，自噬很可能参与了顶体生物发生。顶体是一种依赖溶菌酶的特殊受精细胞器，覆盖在精子核的前部，含有穿透卵细胞外膜的酶，使卵子受精。自噬可以被认为是顶体生物发生的一种诱导剂。ATG7敲除小鼠在顶体生物发生方面存在缺陷，并表现出与人类球形精子症相似的表型；ATG7可能在精子发生的次要阶段发挥作用，在高尔基体期，顶体前囊泡与单个顶体囊泡融合，导致不规则或圆头精子的产生。此外，ATG5是一种自噬核心蛋白，通过调控精子的成熟过程参与顶体生物发生和维持正常男性生育。最近的一项研究表明，小鼠精子发生过程中顶体生物发生和精子颈带发育依赖于自噬通量和profilin家族成员4(PFN4) (profilin family, member 4, profilin家族成员4)的表达，PFN4是一种定位于acrosome-acroplaxome-manchette复合体的蛋白质，在精子发生过程中高度表达。Acrosome-acroplaxome-manchette复合体在精子头部变形过程中发挥关键作用，相关蛋白的编码基因突变可能会导致圆头精子症的发生。PFN4的下调伴随着磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B/Akt(PI3K-AKT/PKB)通路的上调和AMP依赖的蛋白激酶[AMPK]水平的降低，这些都导致自噬阻滞，从而抑制顶体的形成。

细胞骨架作为细胞内部的主要机械支撑结构，扮演着至关重要的角色。它由两大系统（F-肌动蛋白和微管蛋白）构成，这两大系统共同为细胞提供稳定性和结构支持。而在生殖系统中，SCs和生殖细胞之间的连接显得尤为重要，它们之间的连接如外质特化对于支持生殖细胞的生长和成熟具有不可或缺的作用。外质特化是一个特殊的连接点，它富含肌动蛋白微丝，为细胞之间的交流和物质传递提供了通道。外质特化主要包括基底外质特化和顶端外质特化两种类型。基底外质特化作为血睾屏障的构建部分，确保了生殖细胞在发育过程中的稳定性；而顶端外质特化则对精子的发育和成熟起到了积极的促进作用。

在细胞骨架的调节过程中，ATG5和ATG7是两个不可或缺的因素。它们在小鼠胚胎成纤维细胞中扮演着调节F-肌动蛋白的关键角色。在小鼠SCs中特异性地敲除ATG5或ATG7时，发现基底外质特化和顶端外质特化都受到了破坏，细胞骨架的结构也变得紊乱不堪。这种结构上的变化进一步导致精子头部畸形，其运动能力显著下降。

除了ATG5和ATG7，还有一个负性细胞骨架调节因子——PDZ和LIM结构域1(PDLIM1)。PDLIM1能够通过自噬过程进行降解，从而维持细胞骨架的正常结构。然而，当自噬过程出现不足时，PDLIM1会异常积累，进而导致细胞骨架结构和外质特化组装的紊乱。

2.睾丸内分泌中的自噬：

男性的生殖和发育以及男性性特征的维持主要是由下丘脑-垂体-睾丸(HPT)轴控制的。

促性腺激素释放激素(GnRH)是HPT轴的中枢调节因子。它由下丘脑分泌，调节垂体黄体生成素(LH)和卵泡刺激素(FSH)的合成和分泌。LH和FSH作用于睾丸，刺激性腺类固醇激素的合成，调节睾丸特异性形态变化和功能。相反，性腺类固醇向下丘脑和垂体提供持续的负反馈，以维持HPT轴的稳定状态，最终维持健康的男性生殖功能。睾酮受LH分泌调节，是性发育和维持男性特征不可或缺的激素。睾酮主要在细胞内合成，细胞自噬非常活跃。

睾酮生物合成的前体是游离胆固醇。胆固醇通过转运蛋白，如类固醇急性调节蛋白(StAR)传递到线粒体。线粒体是细胞内一个重要的细胞器，其中发生着许多生物化学反应，在这些反应中胆固醇发挥着关键作用。胆固醇侧链裂解酶（CYP11A1）能够在线粒体内将胆固醇转化为孕烯醇酮。这是一个关键的步骤，因为孕烯醇酮随后会进入光滑内质网，在3种类固醇酶的催化下生成睾酮。然而，睾酮的生成并非止于此。自噬过程也参与到了睾酮的产生中。自噬是一种细胞内的清理机制，它可以提供底物参与睾酮的生成，进一步丰富了睾酮的来源。在胆固醇代谢过程中，清道夫受体B类I型（SR-BI）起着至关重要的作用。SR-BI被认为是一种真正的高密度脂蛋白（HDL）受体，它能促进脂蛋白源性胆固醇酯（CE）的选择性摄取。这意味着SR-BI能够帮助细胞有效地吸收和利用胆固醇。然而，SR-BI的作用并非一帆风顺。有研究表明，SR-BI阴性调节因子Na+/H+交换调节因子2（NHERF2）通过自噬-溶酶体途径被降解。NHERF2是一种调节胆固醇代谢的蛋白质。

一项关于小鼠LCs的研究通过敲除ATG5或ATG7，观察到细胞内自噬作用的减弱，自噬的中断导致NHERF2在LCs中异常积累，NHERF2的积累导致SR-BI的表达降低，从而影响了胆固醇的摄取效率，导致胆固醇供应不足，而胆固醇摄取不足导致了睾酮生物合成下降。这与迟发性性腺功能减退症(LOH)的症状相似。LOH是一种常见的与雄激素缺乏相关的临床和生化综合征，其主要特征是勃起功能障碍。因此，可以推测LCs的自噬调节胆固醇分配以产生雄激素，并调节精子发生，进一步说明睾丸内稳态失衡与自噬缺陷有关。

自噬对脂质代谢的调节功能，也被认为是脂噬，已经在许多类型的细胞中被发现，如肝细胞、巨噬细胞和脂肪细胞。脂滴被自噬体隔离，然后传递给溶酶体降解生成游离脂肪酸。在LCs中，脂滴在激素刺激下释放游离胆固醇(FC)作为合成睾酮的底物。有研究指出用氯喹或siAtg7抑制大鼠原代LCs中的自噬后，睾酮和FC水平下降，而无血清培养基中总胆固醇(TC)和脂滴水平升高；此外，短期缺氧促进睾酮分泌，降低脂滴的大小和数量，这些变化通过阻断自噬而被抵消。因此，自噬通过降解细胞内脂滴/TC的水平参与睾酮生物合成。

LCs合成和分泌睾酮的过程容易受到外部干扰物的影响，如缺氧、毒物、药物和许多环境激素，所有这些都会对LCs的功能产生不利影响，导致睾酮分泌紊乱，而这些不利因素很容易阻止自噬的发生和发展。在大鼠LCs中，观察到大量的自噬体吞噬细胞器。

此外，随着年龄的增长，LCs产生睾酮和刺激LH的能力显著下降，而这种下降与环磷酸腺苷(cAMP)和StAR的减少有关。Li等观察到受自噬活性的影响，在老年人群睾丸的LCs中StAR的调节和睾酮分泌水平低于年轻人群。

除了LCs外，SCs也在睾丸内分泌中发挥一定作用。雄激素结合蛋白(ABP)是一种由SCs分泌的睾丸糖蛋白，通过结合、运输和浓缩睾酮和双氢睾酮，避免睾酮和双氢睾酮发生分解代谢。ABP集中在SCs的顶端，促进生殖细胞分化，调控精子发生，其表达水平与精子活力呈正相关。一些研究表明精索静脉曲张引起的ABP失调可能是生殖功能受损的原因之一，而睾酮是体内ABP合成的主要调节因子。体外和体内实验均显示自噬调节ABP的表达，这种自噬降解过程受到睾酮的选择性调节，睾酮通过抑制自噬从而延长ABP的生物半衰期，而且自噬也受到睾酮浓度的影响。总的来说，睾酮可能通过自噬的负反馈循环来维持细胞稳态，而自噬参与睾酮的产生和ABP的代谢过程从而间接调节精子发生过程。

三、总结

自噬是溶酶体清除受损大分子和细胞器的重要途径。自噬参与了男性生殖系统内多个细胞的生命过程。本文主要从自噬与精子发生的关系以及自噬与睾丸内分泌两部分概括了自噬调控对男性生殖的影响，以期为男性生殖系统疾病的诊断和治疗提供新的思路和策略。

文章来源：刘双，程麟棋，李宝山，等.睾丸主要细胞的自噬及其研究进展[J].生殖医学杂志，2025,34(2):269-273.