《The Journal of Basic and Applied Zoology》:Testicular telocytes: a new player in cell biology of testis
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背景:特洛细胞(Telocytes,TCs)是近年被鉴定的一类间质细胞,以拥有被称为足突(telopodes)的细长胞质突起为特征。自首次发现以来,TCs已在机体多个器官中被报道,参与组织构建、细胞间通讯及微环境调控。在男性生殖系统中,睾丸间质内TCs的发现因
背景:特洛细胞(Telocytes,TCs)是近年被鉴定的一类间质细胞,以拥有被称为足突(telopodes)的细长胞质突起为特征。自首次发现以来,TCs已在机体多个器官中被报道,参与组织构建、细胞间通讯及微环境调控。在男性生殖系统中,睾丸间质内TCs的发现因其对睾丸结构、功能及稳态维持的潜在作用引发了广泛科学关注,但针对睾丸TCs现有知识的系统性整合仍较有限。
主要内容:本综述汇总了睾丸TCs的相关研究进展,聚焦于其形态特征、超微结构特性、免疫表型谱及睾丸内解剖定位,探讨了其与睾丸关键组分(包括间质细胞、支持细胞、免疫细胞、血管及细胞外基质)的相互作用,阐明其在细胞信号传导、组织构建及睾丸微环境维持中的潜在角色。同时,综述对不同物种睾丸TCs进行了比较分析,强调其结构与功能的保守性及物种特异性。此外,还批判性讨论了TCs参与睾丸发育、生理调控及病理状态的现有证据,为其潜在的生物学与临床意义提供了见解。
结论:睾丸TCs是睾丸间质中独特且重要的细胞组分,具备特殊的结构与功能属性。其策略性的定位及广泛的细胞网络提示其在维持睾丸架构及支持正常生殖功能中发挥关键作用。尽管现有证据已凸显其生物学相关性,仍需进一步的实验与转化研究来明确其精确作用机制,并探索其在男性不育、睾丸疾病及再生医学中的潜在应用价值。
引言
特洛细胞的研究可追溯至2005年,Popescu研究团队在实验哺乳动物和人类消化系统的少数器官中发现了一类新型间质细胞,最初命名为类Cajal间质样细胞(Interstitial Cajal Like Cells,ICLC)。数年后,Faussone-Pellegrini团队在人类肠道中报道了ICLC,并从形态学与免疫表型层面证实其与Cajal间质细胞(Interstitial Cells of Cajal,ICC)存在本质差异。2010年,Popescu正式将此类细胞命名为特洛细胞(Telocytes,TCs),将其定义为具有足突的细胞,该命名源于这类ICLC细胞拥有长胞外突起的形态学特征。
形态学层面,TCs由相对较小的胞体及被称为足突的细长胞外突起组成。胞体包含细胞核,周围细胞质稀少,容纳线粒体、内质网和高尔基体。足突(长细胞突起)由重复的细段(podomers)与扩张的厚段(podomes)交替构成,其中容纳内质网、线粒体和小窝等细胞器,参与蛋白质合成与细胞间信号传导。足突的数量决定了TCs的形态,可呈梨形(单突起)、梭形(双突起)、三角形(三突起)等。
目前学界普遍认为,TCs是存在于多种生物各器官间质中的独特细胞,已成为全球科研热点。本综述将系统梳理睾丸TCs的解剖学与生理学特征,全文统一使用“睾丸特洛细胞”指代该类细胞,旨在阐明深化睾丸TCs认知对生殖生物学的潜在增益,重点聚焦通过跨动物类群(哺乳类、爬行类、鸟类)研究揭示的睾丸TCs形态与功能规律。
睾丸特洛细胞的表征
睾丸特洛细胞的发现
睾丸TCs最早于2015年在爬行类物种中华鳖(Pelodiscus sinensis)中被报道。值得注意的是,Kuroda团队早在2004年已报道胎儿及成人睾丸中存在CD34+间质细胞,但当时未将其命名为“TCs”——这一命名的正式提出是在2010年,若后续验证该类CD34+细胞确属TCs,则其为脊椎动物睾丸中TCs存在的首次记录。
随后,研究人员在哺乳类(人、裸鼹鼠、林姬鼠、大鼠、小鼠、家兔、绵羊、山羊)、两栖类(龟、鱼)及鸟类(鸽)中均描述了睾丸TCs的存在,不同物种睾丸TCs的特征详见相关研究汇总。
定位与形态
目前针对睾丸TCs的定位与鉴定研究,已在不同物种中联合应用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy,TEM)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)及光学显微镜结合生物标志物的方法。其中TEM是鉴定TCs的最可靠手段,所有睾丸TCs研究均完成了睾丸组织的TEM超微结构分析。
超微结构观察显示,睾丸生精小管周围存在两层 distinct 细胞层:内层为管周肌样细胞(Peritubular Myoid Cells,PTMC),外层为TCs。此外,TCs还分布于间质细胞及血管周围,其细胞突起自由延伸至睾丸间质中。更精准的定位显示,TCs呈环形排列于每个生精小管周围,这一发现在不同物种中具有一致性。除生精小管周围外,TCs也靠近间质细胞,且在裸鼹鼠等间质细胞含量丰富的物种中,TCs还可存在于间质细胞团块之间。
光学显微镜下,研究人员常用CD34、波形蛋白(vimentin)、血小板衍生生长因子受体α(PDGFRα)作为TCs的可靠生物标志物。由于生精小管周围的梭形PTMC内层易与TCs混淆,双免疫荧光染色是更适合睾丸的检测方案:例如采用CD34(标记TCs)与α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA,标记PTMC)组合,可有效区分生精小管周围的细胞分层。
形态学层面,睾丸TCs具备所有典型TCs的超微结构特征:胞体微小球形,足突极度细长。不同物种的睾丸TCs无显著形态差异,裸鼹鼠繁殖期与非繁殖期个体的睾丸TCs结构也无区别,这种跨物种的高度保守性提示其进化上的重要性。
与睾丸间质其他细胞的相互作用
TCs具备形成细胞接触的能力,包括同细胞接触(多个TCs之间的连接)与异细胞接触(TCs与其他类型细胞的连接),这两类接触在睾丸中均有报道。睾丸中与TCs存在明确细胞接触的组分主要包括间质细胞、PTMC和血管——PTMC与TCs共同定位于生精小管周围,这种空间重叠为解析睾丸生物学机制提供了重要研究方向,大量基于细胞接触的TCs功能假说也由此衍生。
睾丸特洛细胞的潜在生理功能
TCs的功能研究仍处于探索阶段,其在睾丸中的确切作用尚未完全阐明,但基于TCs在其他组织中的已知角色,推测其可能参与调控睾丸功能与稳态维持。
睾丸的核心功能之一是生精发生。目前推测TCs可能通过维持间质细胞合适的细胞构筑,为精子发生创造稳态细胞环境;其与支持细胞、生殖细胞及PTMC的相互作用也可能直接参与生精过程。部分研究提出TCs可能参与血-睾屏障的调控,虽无直接证据,但其特殊的睾丸定位支持这一假说。
TCs编码与肌肉收缩及激素调控相关的基因和受体,提示其参与生精过程的可能:其可通过与PTMC的相互作用,经肌肉收缩与细胞分化间接影响生精;还能释放包含多种生物分子的细胞外囊泡,调控PTMC成熟,改变靶细胞对激素的敏感性。TCs在物种睾丸管周区域的普遍存在,也提示其可能负责向生精小管运输雄激素或信号分子。
睾丸的另一核心功能是类固醇生成。在小鼠与林姬鼠中的研究显示,TCs在该过程中发挥重要作用:间质细胞胞质中可见脂滴,林姬鼠睾丸研究提示TCs可与睾丸间质其他细胞通过瘦素-脂联素- perilipin信号通路互作,参与脂质调控与类固醇生成。TCs自身胞质中也存在脂滴,提示其对类固醇生成具有调控或支持作用。
在季节性繁殖动物(如林姬鼠)中,TCs在光周期影响下参与睾丸各组分细胞的形态重塑,提示其可能参与季节性繁殖动物的生殖周期激素波动调节。小型尾寒羊的研究显示,性成熟后TCs的足突更发达,长度增加、弯曲度上升,分泌囊泡增多,提示TCs可能参与性成熟过程。
总体而言,当前睾丸TCs的功能研究多为描述性与形态学层面,多数提出的生理功能仍为假说,亟需更多应用型研究验证其功能。
临床相关性
现有证据提示TCs可能参与多种睾丸疾病的病理生理过程。精原细胞瘤是人类睾丸最常见的恶性肿瘤之一,研究发现人类睾丸精原细胞瘤组织中TCs及其足突网络几乎完全缺失,伴随生精小管架构严重退化、类固醇生成间质细胞丢失及间质纤维化;TCs的耗竭会触发肌样细胞过度增殖,促进肿瘤侵袭。
与其他器官类似,TCs的损伤或丢失可能参与睾丸纤维化的发生。睾丸纤维化以睾丸内结缔组织异常堆积与增厚为特征,破坏生精小管正常结构与功能,长期可导致组织硬化、生精受损甚至进行性睾丸萎缩。TCs被认为参与维持细胞外基质组织与组织稳态,其网络破坏可能促进纤维化重构,损害睾丸功能。
非梗阻性无精子症等生育障碍患者的睾丸TCs数量与分布存在显著异常,该间质网络的紊乱可能破坏维持正常精子发生的稳态环境。鉴于TCs对组织构建、炎症及细胞信号传导的重要调控作用,其正成为恢复睾丸功能、干预男性不育的新型治疗靶点。
结论与未来研究方向
尽管TCs的发现时间较短且相关研究增长迅速,其生物学与功能仍存在大量未知。未来仍需深入研究以明确TCs在健康与疾病中的作用,开发靶向TCs的新型疗法。针对睾丸TCs,亟需进一步解析其在生精发生与类固醇生成中的确切功能,推动基础发现向临床应用转化。