《Advanced Science》：Endothelial PDGF Signaling Dysregulation Impairs Testicular Interstitial Homeostasis in Diabetes
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本研究发现糖尿病通过诱导睾丸内皮细胞（TEC）发生内皮-间质转化（EndMT），抑制血小板衍生生长因子（PDGFB）表达，进而破坏其对间质细胞（LC/TPC）的PDGFB-PDGFRβ信号轴，导致LC凋亡（JUND-MCL1通路失活）、睾酮合成障碍及TPC收缩功能受损。外源性PDGF-BB可逆转上述病理改变，为糖尿病性睾丸功能障碍提供了机制明确的治疗新靶点。
2.1 TEC在糖尿病中呈现信号抑制与转录组改变
既往研究提示睾丸内皮细胞（TEC）在小鼠睾丸稳态维持中起关键作用，但其在人类睾丸中的调控功能尚不明确。通过整合健康人睾丸单细胞转录组数据并进行细胞间通信分析发现，健康TEC具有多模式配体-受体信号传递能力，与多种睾丸细胞存在广泛相互作用。定量评估显示TEC的外向信号强度在所有睾丸细胞类型中仅次于睾丸管周细胞（TPC），凸显其作为睾丸稳态核心调控枢纽的地位。
为探究疾病状态下TEC的改变，研究者分析了包括克兰费尔特综合征（KS）、无精子因子a缺失（AZFa）、非梗阻性无精子症（NOA）、先天性隐睾（CR）及糖尿病（DM）在内的男性生殖疾病单细胞数据集。由于Smart-seq2平台的技术偏好，原有DM数据集未捕获TEC。为此，研究团队利用10x Genomics平台对3例DM患者睾丸组织进行单细胞转录组测序，获得31,866个高质量细胞。TEC在所有疾病类型中均被成功捕获，且DM组TEC的差异表达基因数量最多、转录组改变最显著，表明糖尿病是研究TEC功能障碍及其对睾丸微环境影响的最佳病理模型。
整合健康与DM数据集后，共鉴定出9种主要睾丸细胞类型。转录组比较显示，体细胞（尤其是TEC）在DM中呈现显著的转录改变和异质性，提示其对糖尿病应激具有高度易感性。该研究首次绘制了健康人睾丸TEC信号网络图谱，并明确糖尿病可引起TEC最广泛的分子重塑，为代谢应激影响男性生殖功能提供了研究切入点。
2.2 糖尿病诱导TEC发生间质转化与血管生成功能受损
为进一步解析糖尿病条件下TEC的分子特征，研究者对TEC进行亚群分析，鉴定出4个转录 distinct 的TEC亚群（TEC1-TEC4）。TEC1和TEC2高表达ACKR1和RGCC，功能富集显示其与血管稳态和血管生成通路相关，符合静脉和毛细血管内皮细胞特征。TEC3表现为动静脉过渡内皮亚群，高表达SEMA3G和GJA4，并富集免疫调节过程，提示其可能参与睾丸血管-免疫界面调控。TEC4则呈现典型的内皮-间质转化（EndMT）表型，上调细胞外基质和间质相关基因（如COL1A1、COL3A1、ACTA2等），同时保留VWF和CD34等内皮标志物表达。
与健康对照组相比，DM组中EndMT表型TEC4比例显著增加。免疫荧光染色进一步证实糖尿病睾丸组织中CD31+ACTA2+双阳性细胞增多，表明EndMT型TEC在糖尿病条件下扩增。转录组分析显示DM TEC中间质相关基因上调、血管生成因子（如PDGFB、KDR等）下调，伴随血管稳态、迁移和增殖通路抑制，而应激反应、纤维化重塑和细胞骨架重组程序激活。值得注意的是，DM TEC在所有病理条件下显示最低的血管生成潜能，凸显其严重的血管功能障碍。
关键发现是TEC是健康睾丸中PDGFB表达的主要来源，而在糖尿病TEC中PDGFB表达显著降低，提示TEC来源的PDGF信号减弱，为探索糖尿病相关睾丸功能障碍提供了重要线索。
2.3 糖尿病导致TEC来源PDGF信号的双层级功能障碍
通过系统分析健康与糖尿病条件下TEC与其他睾丸细胞群的配体-受体相互作用，发现糖尿病模型中TEC介导的相互作用全局性减少，表明TEC的信号输入广泛减弱。聚焦PDGF轴发现，健康睾丸中TEC作为PDGFB的主要来源，通过PDGFB-PDGFRβ轴与Leydig细胞（LC）和睾丸管周细胞（TPC）建立旁分泌通信。而在糖尿病中，该信号通路概率显著降低。
免疫荧光染色验证了糖尿病TEC中PDGFB表达明显减少，同时LC和TPC中PDGFRβ表达下调。这些结果证明糖尿病在配体（TEC的PDGFB产生）和受体（LC/TPC的PDGFRβ可用性）两个层面破坏PDGF信号轴，导致TEC-间质细胞通信严重受损，为糖尿病诱导睾丸微环境失调提供了直接分子证据。
2.4 JUND-MCL1轴失调驱动糖尿病中LC功能障碍
为阐明糖尿病如何影响间质细胞，研究者聚焦PDGF信号的下游靶点LC，系统分析其转录和功能改变。伪时序分析显示糖尿病LC与健康LC明显分离，提示糖尿病诱导了LC转录重编程。功能富集分析表明糖尿病LC下调类固醇激素合成和内分泌功能，上调细胞外基质（ECM）重塑、氧化应激反应、凋亡和细胞衰老相关过程。
相应的是，DM组LC中COL3A1、COL5A2等胶原基因表达显著上调，而胶原降解过程被抑制，表明LC周围ECM积累。Masson三色染色和免疫荧光进一步证实糖尿病睾丸间质胶原沉积增加，且INSL3+LC周围出现胶原III沉积，形成纤维化、机械刚度增加的微环境。
同时，糖尿病LC表现出应激相关转录改变，包括抗氧化防御基因（SOD1/2/3、PRDX1/2等）下调，促凋亡调节因子（FAF1、CRADD等）上调和抗凋亡基因（MIF、MCL1）下调。与此一致，糖尿病睾丸中INSL3+LC的TUNEL阳性率增加。这些改变共同破坏了LC生存所必需的转录程序，导致其类固醇生成功能受损，表现为糖尿病患者血清睾酮水平显著降低。
为揭示糖尿病LC应激和功能下降的上游调控因子，研究者通过转录因子调节子分析发现JUND在健康LC中靶向富集抗凋亡和细胞增殖调控程序，而这一保护性转录网络在糖尿病LC中被显著削弱，表现为JUND调节子活性和转录水平降低。免疫荧光证实糖尿病睾丸中JUND+CYP17A1+LC比例减少。下游分析显示JUND的潜在下游靶点抗凋亡因子MCL1在糖尿病LC中表达降低。功能验证实验中，JUND沉默可导致人原代LC中MCL1蛋白和mRNA水平显著下降，从而确定了LC中JUND-MCL1转录轴在糖尿病中被破坏并与LC存活相关。
2.5 糖尿病破坏TPC的结构与收缩特性
鉴于TPC也参与TEC来源的PDGF信号传导，研究者系统表征了糖尿病条件下TPC的转录和功能 landscape。功能富集分析显示糖尿病TPC中下调基因富集于ECM组织和细胞-基质粘附通路，核心基质组分（如COL1A1、COL3A1、COL4A1/2及多种层粘连蛋白亚基）表达减少。相应的层粘连蛋白免疫荧光显示糖尿病睾丸基底膜结构破碎不规则。GSEA进一步证实糖尿病TPC中ECM受体相互作用和粘着斑通路显著下调，表明细胞-基质连接性和结构支持功能丧失。
同时，糖尿病TPC表现出凋亡信号增强的转录特征，抗凋亡因子（XIAP、MCL1、BCL2）下调和促凋亡基因（FAS、CYCS）上调。ACTA2+TPC在糖尿病中TUNEL阳性率增加，验证了这些分子改变。此外，糖尿病TPC中收缩相关程序被抑制，肌肉收缩过程下调和关键收缩调节因子（TPM2、ACTA2、MYLK等）表达减少。双重免疫荧光证实糖尿病睾丸中ACTA2+TPC内MYH11减少且分布紊乱，表明其平滑肌样收缩表型受损。
这些发现表明糖尿病驱动TPC结构和功能恶化，表现为ECM和基底膜结构破坏、凋亡增加和收缩特性丧失，从而损害生精小管的机械和结构完整性，影响生殖细胞运输和支持功能。
2.6 重新激活PDGF信号可挽救糖尿病间质细胞存活与功能
认识到TEC来源的PDGF信号中断与糖尿病间质细胞功能障碍相伴发生，研究者探究了恢复PDGF-BB介导的旁分泌信号是否能改善观察到的病理改变。将人糖尿病睾丸组织与外源性重组PDGF-BB（100 ng/mL）共培养3天后评估分子和功能反应。在整体组织水平，PDGF-BB增加了促增殖和抗凋亡基因（如RAF1、CDK4、BCL2）表达，表明应激反应全局改善。
在特定间质细胞群中，PDGF-BB显著增加了JUND+CYP17A1+LC比例，恢复了下游抗凋亡效应因子MCL1，表明JUND-MCL1生存网络被重新激活。相应地，PDGF-BB增加了LC数量、减少凋亡并提高睾酮水平，可能反映了有活力的类固醇生成LC池的扩增。同时，PDGF-BB也作用于TPC，恢复收缩相关基因（MYH11、MYL9、MYLK）表达，表明其平滑肌样表型部分恢复。免疫荧光显示PDGF-BB处理后LC周围胶原沉积减少，表明PDGF-BB缓解了纤维化间质微环境。
这些发现确立了PDGF-BB补充作为缓解糖尿病相关间质损伤的有效策略。糖尿病驱动的TEC来源PDGF信号功能障碍使LC中JUND-MCL1轴沉默，促进凋亡伴随睾酮缺乏和ECM积累。外源性PDGF-BB恢复这一旁分泌通路可重新激活JUND-MCL1、保护LC、部分挽救类固醇生成功能并减轻ECM沉积。同时，PDGF-BB也重建了TPC的收缩基因程序，凸显其恢复间质稳态的能力。机制上，PDGFRβ抑制剂CP-673451可废除这些效应，证实PDGF-BB通过PDGFB-PDGFRβ信号发挥作用。但需注意，外植体培养系统的固有局限性使观察到的功能改善仅为部分，未来需在体验证PDGF-BB疗效并探索联合治疗策略。
3 讨论
糖尿病相关男性生殖功能障碍长期被认识，但有效疗法仍缺乏。当前干预主要限于全身血糖控制和睾酮替代疗法，两者对恢复睾丸内在功能益处有限。本研究证明PDGF信号轴破坏是糖尿病睾丸间质病理的主要机制。重要的是，外源性PDGF-BB补充可重新激活生存通路、改善LC类固醇生成并恢复管周收缩功能，提供了机制见解和转化潜力。
研究将TEC确定为人类睾丸中协调间质信号的主要旁分泌枢纽。糖尿病中，TEC呈现内皮-间质转化表型，并伴随PDGFB分泌显著减少。这种细胞形态和旁分泌信号能力的协同破坏使TEC无法维持间质稳态。但此损伤的上游起源尚不清楚，未来需阐明系统性代谢应激如何转导至局部睾丸环境。
关键发现是糖尿病破坏PDGF旁分泌轴，从而 destabilize 间质稳态。具体而言，LC表现凋亡增加和类固醇生成受损，而TPC显示收缩和结构支持功能减弱。这些发现将PDGF信号定位为统一的上游驱动因子，将糖尿病睾丸病理从零散的单个细胞类型观察重构为整合框架，为代谢疾病中男性生殖功能障碍机制提供了新见解。有趣的是，糖尿病睾丸中的病理模式体现了信号缺陷范式。外源性PDGF-BB补充可缓解LC凋亡，恢复睾酮水平和管周收缩功能。机制上，PDGF-BB处理伴随JUND活性增加及其下游抗凋亡效应因子MCL1上调，提示存在PDGF-JUND-MCL1轴，可能为间质细胞提供抗凋亡保护。
最后，研究者考虑了研究结果对男性生殖健康的转化意义。值得注意的是，PDGF-BB已被批准用于治疗糖尿病足溃疡，并已纳入牙周和骨再生疗法，为转化重定位提供了强有力先例。在睾丸中，补充PDGF-BB可能超越当前管理策略，直接修复被破坏的间质微环境，从而提供更具病因性的治疗方法。此外，PDGFB和PDGFRB的协同下调可能作为识别最可能从此类干预中获益患者的候选生物标志物。然而，外植体观察与临床转化间仍存在显著差距。主要挑战在于实现PDGF-BB向睾丸的安全、有效和空间可控递送。此外，外植体模型无法完全复现体内系统性生理复杂性，可能导致活体中治疗效应差异。因此，全面在体研究对评估PDGF-BB基干预的药代动力学、生物分布、持久性和安全性至关重要。鉴于糖尿病睾丸损伤的多因素性质，有效恢复睾丸稳态可能需要PDGF信号调控与其他治疗策略联合应用。
本研究存在若干局限性。尽管单细胞RNA测序可实现高分辨率分析，但组织解离相关技术假象和转录本检测灵敏度有限仍是固有局限。此外，糖尿病是异质性疾病，病程、血糖控制和合并症存在差异，需要更大患者队列确认研究发现稳健性。尽管存在局限，本研究通过将TEC来源PDGF信号定位为间质稳态的核心调节因子和恢复睾丸功能的有前景治疗靶点，提供了概念性进展。
